实验六：复杂模型机的设计与实现.doc

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1、实验五 复杂模型机的设计与实现一、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DaisCMX16+计算机组成原理教学实验系统一台，实验用导线若干。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数据，且字长为8位,其格式如下：76 5 4 3 2 1 0符号尾数其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1X1。2. 指令格式模型机设计四大类指令共16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。 算术逻辑指令设计9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：7 6 5 43 21 0OPCODERsRd其中，

2、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其中R0=CL；R1=CH;R2=DL;R3=DH9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表51。 访问指令及转移指令模型机设计2条访问指令，即存数（STA)、取数(LDA),2条转移指令,即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式为:76 5 43 21 000M2OPCODERdD(低八）D(高八）其中“0 0 M 为源码段,2OPCODE为目的码段(LDA、STA指令使用)。D为十六位地址段（低八在前，高八随后）,M为源寻址模式，其定义如下:寻

3、址模式M有效地址E说 明00011011 E = D E = （D) E = （SP)+D E = (PC）+D 直接寻址 间接寻址 SP变址寻址 相对寻址 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：7 6 5 43 21 0OPCODE0 0Rd 停机指令指令格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODE0 00 0HALT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9条，访问内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。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 表51助记符指令格式功能LDA M,D，

4、Rd00M00RdERdSTA M，D,Rd00M01RdRdEJMP M,D00M1000EPCBZC M，D00M1100当CY=1或Z=1时,EPCMOV Rd，Rs0100RsRdRsRdADC Rd，Rs0101RsRdRs+Rd+CYRdSBC Rd，Rs0110RsRdRsRd-CYRdAND Rd,Rs0111RsRdRsRdRdCLR Rd100000Rd0RdINC Rd100100RdRd+1RdCPL Rd101000RdRdRdRRC Rd101100RdCYRdRLC Rd110000RdCYRdIN Rd，I/O110100RdI/ORdOUT Rd，I/O111

5、000RdRdI/OHALT11110000停机图51复杂模型机微程序流程图按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图,将每条微指令代码化，译成二进制代码，并将二进制代码表转换成十六进制格式文件。M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9M8M7M6M5M4M3M2M1M0E/MIPMWRR/M目的编码OPMCNS2S1S0源编码XPWALUIuIEIRIczIds源编码目的编码M10M9M8功能M19M18M17功能X2X1X0O2O1O0111禁止111禁止110ALU110MAR101SP101BX100IOR100AX011MRD011SP

6、010XRD010IOW001RRD001XWR000PC000RWR实验所用的机器指令程序:地址指令代码助记符功能000D0IN R0IOLR0001D2IN R2IOLR200258ADC R0，R2R0+R2R000341MOV R1,R0R0R1004C0RLC R0RLC R00050C 00 00BZC 000HBZC 000H008F0HALT停机四、实验方法键盘操作首先卸去实验连接，然后按如下操作，把系统工作方式设为“微控在线”。在待命状态0下按【减址】键，LCD显示器显示工作模式选项：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD选择手动模式按【增址】键，将光标移到“

7、MUD微程序模式，按【减址】键确定后，系统先询问用户是否使用搭接方式，按【增址】键选择“y”(搭接）或“n”（在线），按【减址】键确定：Dais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/n是，选择搭接方式，须连线否，选择在线方式，零连线接着系统询问用户是否使用扩展I/O方式，按【增址】键选择“y”（扩展I/O)或“n”(微控制器关联），按【减址】键确定:Dais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/n是，扩展I/O方式否，选择微控制器关联方式确定设

8、置后,系统返回待命状态0。Dais-CMX16+ mudM设置完毕，返回待命状态机器程序与对应的微控制程序的写入：在待令状态下，键入数字键“4(复杂模型机代号)，然后再键入【减址】命令键，实验装置自动装载由数字键定义的模型机机器程序及对应的微程序，装载完毕自动返待令态。运行程序单拍运行：每按一次【单拍】按钮模型机运行一拍,系统提供可变时序，非“取指”微周期它的节拍按T1T3T4次序循环，在取指微周期按T1T2T3T4 次序循环。微单步：每按一次【单步】命令键运行一条微指令，对照微程序流程，观察微址是否和流程一致.对照微指令表,观察执行结果是否和理论值一致.宏运行(指令单步或宏调用）：每按动一次

9、【宏运】命令键，运行一条机器指令。对照机器指令程序，观察PC地址是否和流程一致.程序运行与暂停：按动【运行】命令键使模型机进入实时运行状态；在实时运行状态按左下方任一数字键即可暂停模型机程序的运行，以便实验者查看模型机现场。联机运行双击桌面“DaisCMX 集成开发环境图标进入联机模式在联机状态下，首先应打开mxj4.asm(复杂模型机机器指令及对应微指令代码文件），然后点击工具栏“装载”按钮开始装载，如源程序无语法错误即可完成装载，进入调试状态。可点击工具栏快捷按钮,详细操作如下：l 单节拍：单击菜单“运行 单拍运行微指令”命令或单击工具栏“单拍按钮，以单节拍方式按T1T4顺序逐步运行微程序

10、。l 单周期：单击菜单“运行 单步运行微指令”命令或单击工具栏“微单步”按钮，以单周期（T1T4为一个机器周期）方式逐步运行微程序。应用级调试在机器指令的层面进行逐步调试,面向应用程序，帮助用户了解机器指令的执行结果.l 单步机器指令：单击菜单“运行 单步运行机器指令”命令或单击工具栏“单步按钮，以逐步指令方式执行机器程序,遇CALL调用时跟踪进入.l 宏单步机器指令：单击菜单“运行 宏单步运行机器指令命令或单击工具栏“宏单步按钮，以逐步指令方式执行机器程序，遇CALL调用时跨越执行。全速运行单击菜单“运行 全速运行”命令或单击工具栏“运行”按钮,忽略实现细节,以全速方式运行机器指令、微指令，

11、用来验证应用程序的运行结果。暂停与复位暂停：当实验系统进入全速运行、自动单步等状态时，可随时单击菜单“运行 暂停”命令或单击工具栏“暂停”按钮，使实验系统暂停当前运行的程序,并展现暂停后的模型机现场,帮助用户观察各部件的状态.复位：在待命状态下，单击菜单“运行 复位命令或单击工具栏“复位”按钮，可对模型机进行复位操作，初始化所有寄存器和标志位。注:复位操作不会破坏程序存储器、微程序存储器的内容。表52复杂模型机微指令表微址00002）1）M23M22M21M20M19M18M17M16代码M15M14M13M12M11M10M9M8代码M7M6M5M4M3M2M1M0代码后续微址说明E/MIP

12、MWRR/Mo2o1o0OPMCNS2S2S0X2X1X0XPWALUIuIEIRIczIds00011111111FF11111111FF11111111FF+1空操作00110111111BF11111011FB11111010FA可变IBUSIR400011100017111111011FB11101101ED001EMRD408010111115F11111001FB11101101ED001RDEM410001111113F11000110C6001011012D001BXPC41811111111FF11000110FF11110100F4420+CZ条件变址42011111111

13、FF11111111FF11101101ED001空操作421001111113F11000110C6001011012D001BXPC60011111010FA11111011FB11111111FF+1EMBL60110111011BB11111011FB11111111FF+1EMBH60210111100BC11000110C60010011026400+OPBXAR62011111010FA11111011FB11111111FF+1EMBL62110111011BB11111011FB11111111FF+1EMBH62211111100FC11000110C611111111FF

14、+1BXAR623011110107A11111011FB001011112F602EMBX64011111010FA11111011FB11111111FF+1EMBL64110111011BB11111011FB11111111FF+1EMBH64211111000F811111101FD001011112F663RIAX64311111010FA0110011066001011112F602A+BBX续下表继上表微址00002）1)M23M22M21M20M19M18M17M16代码M15M14M13M12M11M10M9M8代码M7M6M5M4M3M2M1M0代码后续微址说明E/MIP

15、MWRR/Mo2o1o0OPMCNS2S2S0X2X1X0XPWALUIuIEIRIczIds66011111010FA11111011FB11111111FF+1EMBL66110111011BB11111011FB11111111FF+1EMBH66211111000F811111000F8001111113F+1PCAX66311111000F811110110F6001011112F643AX168011110001F111111001F9011011016D001RSRD6A011111010FA10111001B9010111115F+1RSBL6A111111000F811111

16、001F911011111DF+1RDAL6A211110001F10100011046010011014D001A+B+CRD6C011111010FA10111001B9010111115F+1RSBL6C111111000F811111001F911011111DF+1RDAL6C211110001F1010011104E010011014D001ABCRD6E011111010FA10111001B9010111115F+1RSBL6E111111000F811111001F911011111DF+1RDAL6E211110001F111101110EE010011014D001ABR

17、D70011110001F111011110DE010011014D0010RD72011111000F811111001F911011111DF+1RDAL72111110001F111110110F6010011014D001A+1RD74011111000F811111001F911011111DF+1RDAL74111110001F111001110CE010011014D001A取反RD76011111000F811111001F911011111DF+1RDAL76111110001F1010111105E010011014D001AC右移RD78011111000F8111110

18、01F911011111DF+1RDAL78111110001F10101011056010011014D001AC左移RD7A011110001F111111100FC011011016D001I/ORD7C011110101F511111001F911101101ED+1RDI/O7E011111000F811111000F8000111111F+1PCAX7E1001111113F11010110D6000011010D001A-1PC五、 实验报告1. 总结本次复杂模型机的机器指令类型.2. 将实验时用到的那几条机器指令转化成对应的微指令。以单拍方式进行描述。3. 自己设计1条机器指令，并设计这条机器指令对应的微指令.