简单模型机的组成与程序运行-计算机组成原理实验报告

组成原理课程设计20081121129吕翠内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《计算机组成原理》课程设计报告题目:_____简单模型机的组成与程序运行_____________学号指导教师孟昭进日期2011-7-141任务描述设计题目名称：简单模型机的组成与程序运行要求：基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个简单的计算机整机系统—模型机，分析其工作原理。根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。IN R0 ；IN->R0SUB 0DH ；R0-[0DH]->R0，直接寻址SHL R0 ；将R0寄存器中的内容逻辑左移STA 0EH，R0 ；R0->[0EH]，直接寻址LDA 0FH，R0 ；0FH]->R0，直接寻址LOP:DEC R0 ；R0-1->R0BZC EXIT ；当FC或FZ为1时，转到EXITJMP LOPEXIT:OUT 0EH，R0 ；[0EH]->LED，直接寻址0DH、0EH、0FH单元内容分别为03H、04H、02H。2设计设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。3设计原理和方法3.1设计原理3.1.1数据格式：本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，其格式如下：76543210符号尾数其中第七位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜13.1.2指令格式所有单字节指令(SUB等)格式如下：76543210OP-CODERSRD其中OP-CODE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00011011R0R1R2R3本实验的输入IN指令和OUT指令采用单字节指令，其格式如下：7654(1)32(1)10(1)OP-CODERSRD本实验中的两个访问指令，即存数STA，一条转移指令，即无条件转移指令JMP，指令格式如下：7654(1)32(1)10(1)7-0(2)OP-CODEMRDD其中OP-CODE为操作码，RD为目的寄存器地址（STA、LDA指令使用），D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：寻址模式M有效地址E说明00011011E=DE=（D）E=（RI）+DE=（PC）+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址3.1.3指令系统本实验共有10条基本指令，其中算术指令有2条（DEC、SUB），访问内存指令和程序控制指令7条，输入指令1条。3.２按微指令格式，参照微程序流程图将每条微指令代码化，译成二进制微代码。系统涉及到的微程序流程见图3-1-4所示，当拟定“取指”字段为P<1>测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P<1>的测试结果出现多路分支。微程序流程图3-1-4微指令字长共24位，格式如下：232221201918-1514-1211-98-65-0M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA0A字段B字段C字段141312选择11109选择876选择000NOP000NOP000NOP001LDA001ALU-B001P(1)010LDB010R0_B010保留011LDR0011保留011保留100保留100保留100保留101LOAD101保留101LDPC110LDAR110PC_B110P(4)111LDIR111保留111保留运算器逻辑功能表：运算类型S3S2S1S0CN功能逻辑运算000000010010 00110100xxxxxF=A（直通）F=B（直通）F=AB（直通）F=/AA+B（直通）F=/A（直通）移位运算010101100111x0101F=A不带进位循环右移B（取低3位）位（FZ）F=A逻辑右移一位（FZ）F=A带进位循环右移一位（FC，FZ）F=A逻辑左移一位（FZ）F=A带进位循环左移一位（FC，FZ）算术运算10001001101010111100110111101111xxxxxxxx置FC=CN（FC）F=A加B（FC，FZ）F=A加B加FC（FC，FZ）F=A减B（FC，FZ）F=A减1（FC，FZ）F=A加1（FC，FZ）（保留）（保留）4代码清单4.1机器指令代码;//**StartOfMicroControllerData**//;//**其中地址和微指令均为十六进制**//;//地址微指令操作***********//$P0020;START:INR0,00H从IN单元读入数据送R0$P0100$P0284;SUBR0,R1R0-R1->R0$P03A0;LLR0,R0R0LEFTMOVE->R0$p04D0;STA[0EH],R0R0->E$P052E$P06C0;LAD000FR0$P072F$P0870;DECR0$P09F0;BZC11,02H$P0A0D$P0BE0;JMP00,08H$P0C08$P0DC0;OUTOEH,R0$P0E2E$P0F30;$P1040;$P1150;$P1250;$P1350;$P2F02;;//*****EndOfMainMemoryData*****//4.2化简后的微程序代码;//**StartOfMicroControllerData**//;//**其中地址和微指令均为十六进制**//;//地址微指令操作***********//$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC加1$M03107070;MEM->IR,P<1>$M04002405;RS->B$M0504B201;A加B->RD$M06002407;RS->B$M07013201;A与B->RD$M08106009;MEM->AR$M09183001;IO->RD$M0A106010;MEM->AR$M0B000001;NOP$M0C103001;MEM->RD$M0D200601;RD->MEM$M0E005341;A->PC$M0F0000CB;NOP,P<3>$M10280401;RS->IO$M11103001;MEM->RD$M12063201;A加1->RD$M13002414;RS->B$M1405B201;A减B->RD$M15002416;RS->B$M1601B201;A或B->RD$M17002418;RS->B$M1803B201;A右环移->RD$M1B005341;A->PC;//**EndOfMicroControllerData**//5设计运行结果分析５.１出错情况：IN的初始值为00，所以将00赋值给R0，寄存器B为随机数，与实验要求不符；逻辑左移没有实现，所得结果不正确；JMP指令的跳转没有实现，微指令没问题；５.２出错原因：忘记给地址0DH赋值；微指令流程图有问题，经过改正运行通过；经过检查和同学的讨论及老师的指导，有了改善，但仍需调整。５.３运行结果例子：实现指令INR0,00H的截屏如下：初始状态：6设计小结（即收获和体会）通过本次课程设计了解了简单模型机的结构及其原理，通过给定的机器指令，基于计算机组成及工作原理的基础上，确定了模型机的数据通路结构，根据机器指令和微指令的译码情况，设计了机器指令格式和微指令格式。虽然最后的结果不是很理想，未能完全将其功能实现，但对简单模型机有了一定的了解。通过本次课程设计体会到团队合作的重要性，在做实验的过程中细心和耐心也是非常重要的。还让我相信，只要自己在每一次实践中都能仔细思考，课程设计其实都不会很难,关键在于自己能不能认真思考,能不能亲自动