组成原理课程(复杂模型机)96882

1、个人资料整理仅限学习使用复杂模型机设计实验一、实验目的综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。二、实验设备TDN CM 计算机组成原理教案实验系统。三、数据格式及指令系统1. 数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8 位，其格式如下：D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符号尾数2.指令格式模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。1)算术逻辑指令设计 7 条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODErsrd其中， OP CO

2、DE 为操作码， rs 为源寄存器， rd 为目的寄存器，并规定：rs 或 rd选定的寄存器00R001R110R27 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表2) 访存指令及转移指令1/11个人资料整理仅限学习使用模型机设计2 条访存指令存数<STA ）和取数 <LDA ）， 2 条转移指令无条件转移<JMP ）和结果为零或有进位转移指令<BZC ），这4条指令长度为2 个字节，其指令格式为：b5E2RGbCAPD7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOP CODErdD其中， OPCODE 为操作码， rd 为目的寄存器地址 <LDA 、 STA 指令

3、使用）。D 为偏移量 <正负均可）， M 为寻址模式，其定义如下：p1EanqFDPw寻址模式 M有效地址 E说明00E D直接寻址01E<D）间接寻址10E <RI ） DRI 变址寻址11E<PC） D相对寻址本模型机规定变址寄存器RI 指定为寄存器 R2。3)I/O 指令输入 <IN ）和输出 <OUT ）指令采用单字节指令，其格式如下：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODEaddrrd其中， addr 01 时，选中“ INPUT DEVICE ”中的开关组作为输入设备， addr 10 时，选中“ OUTPUT DEVICE ”中

4、的数码块作为输出设备。DXDiTa9E3d4) 停机指令指令格式如下：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODE0000HALT 指令用于实现停机操作。3. 指令系统本模型机共有16 条基本指令，其中算术逻辑指令7 条，访存指令和程2/11个人资料整理仅限学习使用序控制指令 4 条，输入输出指令2 条，其它指令1 条，表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。RTCrpUDGiT表 1助记符号指令格式功能CLR rd011100 rd0 rdMOV rs ， rdrs rdADC rs ，rd1000rsrdrs+rd+ cy rdSBC rs ， rd1001rsrdrs-

5、rd-cy rdINC rd1010rsrdrd+1 rdAND rs ， rd1011rdrs rd rdCOM rd1100rsrd rdcyrsRRC rs ，rd1101rdrs rdcyrsRLC rs ， rd1110rsrdrs rd1111rsrdLDA M, D,00M00rdE rsDrd00M01rdrd ESTA M, D, rd00M00rdE PCDJMP M, D00M00rd当 CY 1 或 ZDBZC M, D1，E PC3/11个人资料整理仅限学习使用IN addr, rd010001rdaddr rdOUT addr, rd010101rdrd addrH

6、ALT010001rd停机四、总体设计本模型机的数据通路框图如图所示。BUS地址总线ALU-BS2S3AR(74273)ALU(74181)MLDARMEM （ 6116 ）S1CNT3S0CEPC-BW/RCEOUTPUTLOADDR1(74273)DR2(74273)CEPC （74161 ）LDDRLDDRLDPCLED-BW/R1T42 T4T4数据总线R0-BR0(74374) R1-B R1(74374)R2-B R2(74374)W/RSW-BLDR2时序微控器CS0CS1LDR0LDR1CS2T4CET4T4INPUTIR （ 74273 ）LDIRT3CPU图 1： 数据通路

7、图根据机器指令系统的要求，设计微程序流程图及确定微地址如下：4/11个人资料整理仅限学习使用12000S2序R程U R)A 1BI微+>>1C-(行C PM SPPAU运R B7912037左1C97R2位 移>0L>-R-进 环9096R7带2900361C9位 移7R2>0R>进 环-R-90带 右9R2516S13SdR6U0MUDBrB>>>O>-C-S1SdURU4rBDB53>31261S6SdRR-0DUDUD2rB>B>R >N>->-D-A-S-S+SsUdU1UrBrBRB3DS

8、12>d136CUR-r0BD1>N>>+-I-1SSdURU2rB4DB562S1>13S555RUR-R位CUDBD2DB>>>R>进U>-D-S-SMS-S带sUAU1UrBR BRB13DS12S2>d1355-CURUR2r0BDBDR >D>>>>D-A-+SSSsUdU1UrBrBRB0Dd130Vr>O-MsrR7S1LC2Ud0B00>r->020-台=SUU制6LB1A控20PL OHTST1d0r>-1RD3)2A1W1S(,PBRWS()000(D2)

9、WRKA 1> +(- CPC P P4102S12URBD>>-MSAURB7D2EL>-1RD5S1)12U0TB12U>0RO-(1dEArW>+1K-C4SdCP0P2UrN B >I> - S W U S B367010)2S1425>5>1R4SR4对URR-RA 1BDUD2A2D相>+>>B>R>R>- C->-D-D-(C PM S-S+S+S1PAUCU1U1U1RBPBRBRBDD256750)2S1121>4>1R1R4址1URR-RABDD2A2D>

10、+>>>R>R>变-D-D-C-)+S+-(C PMS11U1S0PAURRBRU1RB(DDB15670)2SR0S10SRR04接1UAURUAAB>BDB>间>+>->>>-C-(C PMSMSMS1PAUAUAU0RBRBRB0340)2S10SR04接1U RU RABDBA直>+>>>-C-S(C PM SM U0PAUAB0R BR4 S2U 1 B R > D - > ) -W SS UB()2(P03 MAR>-1RD34DAL24SCPUPB>M>-

11、J-S1URBD14SMAUABRT>>S-dSrUB04SdUrDB>>A-LSMUABR4140N416SC 0)UPB3>>(-P1SY RUDB1010105/11个人资料整理仅限学习使用图 2：微程序流程图根据流程图，确定如下微程序：微程序：$M00018108$M2205DB81$M0101ED82$M230180E4$M0200C050$M24018001$M0300A004$M2595AAA0$M0400E0A0$M2600A027$M0500E006$M2701BC28$M0600A007$M2895EA29$M0700E0A0$M2995

12、AAA0$M0801ED8A$M2A01B42B$M0901ED8C$M2B959B41$M0A00A03B$M2C01A42D$M0B018001$M2D65AB6E$M0C00203C$M2E0D9A01$M0D00A00E$M2F01AA30$M0E01B60F$M300D8171$M0F95EA25$M31959B41$M1001ED83$M32019A01$M1101ED85$M3301B435$M1201ED8D$M3405DB81$M1301EDA6$M35B99B41$M14001001$M360D9A01$M15030401$M37298838$M16018016$M3801

13、9801$M173D9A01$M3919883A$M18019201$M3A0198015PCzVD7HxAjLBHrnAILgxHAQX74J0XLDAYtRyKfEZzz6ZB2LtkdvzfvkwMI1rqyn14ZNXIEmxvxOtOcoSixE2yXPq56ewMyirQFLkavU42VRUsy6v3ALoS89M2ub6vSTnP0YujCfmUCw6/11个人资料整理仅限学习使用$M1901A22A$M3B070A08$M1A01B22C$M3C068A09$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001

14、$M21028401验证程序：助记符机器码eUts8ZQVRdsQsAEJkW5TIN 01, R0$P0044IN 01, R2$P0146SBCR2,R0$P02A8MOV R0, R1$P0381RLC R1, R1$P04F5OUT R1,R1$P0559HALT$P0600指令功能 ：在实验板的数据开关手动输入一个数存到R0 寄存器里，在输入另一个数到 R2寄存器里，然后用R2-R0 存到 R0 寄存器里，接着把 R0 里的数转存到 R1寄存器，然后再把R1 的数左移一位存到R1，接着在数码管显示输出当前R1 寄存器里的数，最后停止。GMsIasNXkA五、实验步骤1. 按图连接实验

15、线路7/11个人资料整理仅限学习使用2. 写入程序1) 手动写入A. 按如下步骤讲微代码写入微控器中的存储器2816 中： 将编程开关置为 PROM< 编程）状态。 将实验板上“STATE UNIT ”中的“STEP” 置为“ STEP” ，“ STOP”置为“ RUN ”状态。用二进制模拟开关置微地址MA5 MA0 。在 MK24 MK1 开关上置微代码，24 位开关对应24 位显示灯，开关量置为“ 0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。 TIrRGchYzg启动时序电路<按动启动按钮“START ”），即将微代码写入到2816 的相应地址对应的单元中。重复步骤，将所有的微代码写入2

16、816 中。B. 按如下步骤校验微代码将编程开关置为READ< 校验）状态。将实验板上“STATE UNIT ”中的“ STEP ”置为“ STEP ”，“ STOP”置为“ RUN ”状态。用二进制模拟开关置微地址MA5 MA0 。启动时序电路 <按动启动按钮“ START ”），读出微代码。观察显示灯 MD24 MD1 的状态 <灯亮为“ 0”，灭为“ 1”），检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于PROM 编程状态，重新执行）即可。 7EqZcWLZNXC. 按如下步骤使用 KWE 微程序进行机器指令程序的装入。使编程开关处于“RUN ”， STEP

17、为“ STEP ”状态，STOP 为“ RUN ”状态。 拨动总清开关 CLR< 0 1 0），微地址寄存器清零，程序计数器清零，然后使控制台 SWB 、 SWA 开关置为“ 0 1”，并按动一次 START ，微地址显示灯显示“ 010001”。 lzq7IGf02E再按动一次START ，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令。再按动两次START 键后，即完成该条指令的写入，并且微地址显示灯显示“010001 ”。 < 注：由KWE 的流程图可知，该流程每执行一次，将向PC 寄存器所指向的存储器单元中写入一个字节的数据，并且将PC 加1。）zvp

18、geqJ1hk如果还需要向存储器中输入数据，则需重复重新执行。D. 按如下步骤使用 KRD 微程序进行机器指令程序的检查。使编程开关处于“RUN ”， STEP 为“ STEP ”状态，STOP 为“ RUN ”状态。8/11个人资料整理仅限学习使用拨动总清开关CLR< 0 1 0），微地址寄存器清零，程序计数器清零，然后使控制台SWB 、 SWA 开关置为“ 0 0”，并按动一次启动开关 START ，微地址显示灯显示“010000”。 NrpoJac3v1再按动一次START ，微地址灯显示“010010 ”，第三次按动STRAT ，微地址灯显示为“ 010111”，再按动 STRA

19、T 后此时输出单元的数码管显示为PC 寄存器所指单元的内容。 <注：由 KRD 的流程图可知，该流程每执行一次，将显示PC 寄存器所指向的存储器单元中一个字节的数据，并且将PC 加 1。） 1nowfTG4KI如果还需要检查存储器中其他单元的数据，则需重复重新执行。2) 联机读 /写程序将微代码写入文本文件中，通过联机软件载入实验系统。3. 运行程序1) 本机运行A. 单步运行程序使编程开关处于“RUN ”状态， STEP 为“ STEP”状态， STOP 为“ RUN ”状态。 拨动总清开关 CLR< 0 1 0），微地址寄存器清零，程序计数器清零。单步运行一条微指令，每按动一次START 键，即单步运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否与流程一致。fjnFLDa5Zo当运行结束后，可检查存数单元<0BH ）中的结果是否和理论计算结果一致。B.连续运行程序使编程开关处于“ RUN ”状态， STEP 为“ EXEC ”状态， STOP为“ RUN ”状态。拨动总清开关CLR< 0 1 0），微地址寄存器清零，程序计数器清零。按