组成原理课程设计复杂模型机设计实验.docx

资源描述

组成原理课程设计复杂模型机设计实验.docx

《组成原理课程设计复杂模型机设计实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组成原理课程设计复杂模型机设计实验.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

组成原理课程设计复杂模型机设计实验.docx

组成原理课程设计复杂模型机设计实验

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＋计算机组成原理教学实验系统。

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：

D6D5D4D3D2D1D0

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：

D7D6D5D4

D3D2

D1D0

OP－CODE

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

7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

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：

D7D6

D5D4

D3D2

D1D0

OP－CODE

其中，OP－CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。

D为偏移量（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

E＝D

E＝（D）

E＝（RI）＋D

E＝（PC）＋D

直接寻址

间接寻址

RI变址寻址

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：

D7D6D5D4

D3D2

D1D0

OP－CODE

addr

其中，addr＝01时，选中“INPUTDEVICE”中的开关组作为输入设备，addr＝10时，选中“OUTPUTDEVICE”中的数码块作为输出设备。

4）停机指令

指令格式如下：

D7D6D5D4

D3D2

D1D0

OP－CODE

HALT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。

表1

助记符号

指令格式

功能

CLRrd

MOVrs，rd

ADCrs，rd

SBCrs，rd

INCrd

ANDrs，rd

COMrd

RRCrs，rd

RLCrs，rd

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

0→rd

rs→rd

rs+rd+cy→rd

rs-rd-cy→rd

rd+1→rd

rs∧rd→rd

→rd

rs→rd

rs←rd

LDAM,D,rd

STAM,D,rd

JMPM,D

BZCM,D

E→rs

rd→E

E→PC

当CY＝1或Z＝1，

E→PC

INaddr,rd

OUTaddr,rd

0100

0101

addr→rd

rd→addr

HALT

0100

停机

四、总体设计

本模型机的数据通路框图如图所示。

图1：

数据通路图

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：

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

$M0700E0A0$M2995AAA0

$M0801ED8A$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

$M16018016$M38019801

$M173D9A01$M3919883A

$M18019201$M3A019801

$M1901A22A$M3B070A08

$M1A01B22C$M3C068A09

$M1B01A232

$M1C01A233

$M1D01A236

$M1E318237

$M1F318239

$M20009001

$M21028401

验证程序：

助记符机器码

IN01,R0$P0044

IN01,R2$P0146

SBCR2,R0$P02A8

MOVR0,R1$P0381

RLCR1,R1$P04F5

OUTR1,R1$P0559

HALT$P0660

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。

五、实验步骤

1.按图连接实验线路

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：

1将编程开关置为PROM（编程）状态。

2将实验板上“STATEUNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态。

3用二进制模拟开关置微地址MA5—MA0。

4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。

5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。

6重复①－⑤步骤，将所有的微代码写入2816中。

B.按如下步骤校验微代码

1将编程开关置为READ（校验）状态。

2将实验板上“STATEUNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态。

3用二进制模拟开关置微地址MA5—MA0。

4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。

C.按如下步骤使用KWE微程序进行机器指令程序的装入。

1使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。

2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“01”，并按动一次START，微地址显示灯显示“010001”。

3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。

）

4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。

1使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。

2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“00”，并按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010000”。

3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STRAT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。

）

4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

1使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。

2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。

3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。

4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

1使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“EXEC”状态，STOP为“RUN”状态。

2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。

3按动START键，系统将连续运行程序，直至将STOP拨至“STOP”状态。

4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。

2）联机运行

联机运行程序时，进入软件界面，装载机器指令及微指令后，运行即可。

图3：

实验连接图

六、实验总结：

这次课程设计中，基于前几次实验中，对计算机的大致组成以及运行原理有了初步的了解，并且对实验板也比较熟悉了，所以按照实验连接图连线也比较上手了，经过那么多次实验，觉得连线最重要的就是认真，如果一开小差就会出错，每连完一条线之后，都要检查一遍，看是否连错，这告诉我们，做每一件事都要认认真真的完成，容不得一丝马虎，否则只会落得个事倍功半的效果。

这次课程设计最重要的就是编写程序了，要想编写程序首次要对程序了解，知道每个助记符对应的机器码是什么意思，对应的二进制的每四位代表什么。

在对程序理解的过程中,刚开始不知道程序的十六进制是如何通过助记符转换过来的，经过对指令格式的剖析才知道没个助记符对应的二进制，然后对刚编好的程序进行运行，通过观察CPU一般都是先取机器指令，然后编译，送往寄存器，然后再去指令，再编译，一直这样下去，直到停止为止，此次课程设计最大的收获就是，通过观察大致了解了CPU的运行方式，并且都指令也有了较大的了解，还懂得了合作和请教才是完成任务的最佳方法。

展开阅读全文