实验六复杂模型机的设计与实现

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Dais-CMX16 +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：-KX1O2 . 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：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5-1。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：765 43 21 000M2OP-CODERdD （低八）D （高八）其中“00 M ”为源码段，2OP-CODE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：寻址模式M有效地址E说明00E = D直接寻址01E = (D)间接寻址10E = (SP)+DSP变址寻址11E = (PC)+D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 0OP-CODE0 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O3 .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5-1助记符指令格式功能LDA M,D,Rd00M00RdEf RdSTA M,D,Rd00M01RdRd fEJMP M,D00M1000EfPCBZC M,D00M1100当 CY=1 或 Z=1 时，EfPCMOVRd,Rs0100RsRdRs fRdADC Rd,Rs0101RsRdRs+Rd+CY f RdSBC Rd,Rs0110RsRdRs-Rd-CY -RdAND Rd,Rs0111RsRdRs A RdfRdCLR Rd100000Rd0fRdINC Rd100100RdRd+1 fRdCPL Rd101000RdRd fRdRRC Rd101100RdCYfRdRLC Rd110000RdCYfRdIN Rd,I/O110100RdI/O fRdOUT Rd,I/O111000RdRdf I/OHALT11110000停机图5-1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。M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9M8M7 P/I6 M5M4M3M2 1M1 M0E/MIP MIWRR/M目的编码OPMCNS2S1S0源编码XPWALUIu IE IRIczI ds源编码目的编码M10M9M8功能M19M18M17功能X2X1X0O2O1O0111禁止111禁止110ALU110MAR101SP101BX100IOR100AX011MRD011SP010XRD010IOW001RRD001XWR000PC000RWR实验所用的机器指令程序:地址指令代码助记符功能000D0IN R0IOL f R0001D2IN R2IOL f R200258ADC R0,R2R0+R2-R000341MOV R1,R0R0-R1004C0RLC 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+ XXXKLD PLD选择手动模式按【增址】键，将光标移到“ 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Dais-CMX16+ mud 1st /n I/O y/n是，选择搭接方式，须连线接着系统询问用户是否使用扩展I/O方式，按器关联），按【减址】键确定：Dais-CMX16+ mud 1st y/n I/O /n是，扩展I/O方式确定设置后，系统返回待命状态 0。“n（在线），按【减址】键确定：Dais-CMX16+ mud1st y/I/O y/n否，选择在线方式，零连线【增址】键选择“ y（扩展I/O）或“ n”（微控制Dais-CMX16+ mud1st y/nI/O y/否，选择微控制器关联方式Dais-CMX16+ mud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TzTAW 次序循环，在取指微周期按 TmT2-T3T4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【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“ Dais-CMX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：单节拍：单击菜单“运行 一单拍运行微指令”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。单周期：单击菜单“运行 一单步运行微指令”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。单步机器指令：单击菜单“运行 一单步运行机器指令”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。宏单步机器指令：单击菜单“运行 一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“运行一全速运行”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，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“运行一暂停”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 一复位”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5-2复杂模型机微指令表微址M2M!2M2M2CM9M1817M16代码M1MI1M1M1MI1M10 MIM5代花M7 M6 M15 fM4M3M2M1 M0 代正后续微土上说明E/M1 IPMRM02o100OlMCNIS2S2S0X2X1X0XF) WALU Iu IIE IFHcZ di00011111111FF11111111FF11111111FF+1空操作00110111111BF11111011FB11111010FA可变IBUS fIR400011100017111111011FB11101101ED001EMR RD408010111115F11111001FB11101101ED001RD EM410001111113F11000110C6001011012D001BXfPC41811111111FF11000110FF11110100F4420+CZ条件变址42011111111FF11111111FF11101101ED001空操作421001111113F11000110C6001011012D001BXfPC60011111010FA11111011FB1111 11111FF+1EMR BL60110111011BB11111011FB11111111FF+1EMR BH60210111100BC11000110C60010011026400+OP BXfAR62011111010FA11111011FB11111111FF+1EMR BL62110111011BB11111011FB11111111FF+1EMR BH62211111100FC11000110C611111111FF+1BXfAR623011110107A11111011FB001011112F602EMR BX64011111010FA11111011FB11111111FF+1EMR BL64110111011BB11111011FB11111111FF+1EMR BH64211111000F811111101FD001011112F663RI fAX64311111010FA01100110660010 111112F602A+BfBX续下表继上表微址M2322M2M20M9M1817M16代码M1M1MI1M1M1MI10 MIM5代花M7 M6 M15 fM4M3M2M1 M0 代正后续微址说明E/M1 IFMRMo2o100OlMCNIS2S2S0X2X1XCXF) WALU Iu IIE IFrcZ di66011111010FA11111011FB11111111FF+1EMR BL66110111011BB11111011FB11111111FF+1EMR BH66211111000F811111000F8001111113F+1PCfAX66311111000F811110110F6001011112F643AX-168011110001F111111001F90110 111016D001RSfRD6A011111010FA10111001B9010111115F+1RSfBL6A111111000F811111001F911011111DF+1RD AL6A211110001F10100011046010011014D001A+B+C fRD6C011111010FA10111001B9010111115F+1RSfBL6C111111000F811111001F911011111DF+1RD AL6C211110001F1010011104E010011014D001A-B-C -RD6E011111010FA10111001B9010111115F+1RSfBL6E111111000F811111001F911011111DF+1RD AL6E211110001F111101110EE010011014D001A&BfRD70011110001F111011110DE010011014D0010fRD72011111000F811111001F911011111DF+1RD AL72111110001F111110110F6010011014D001A+1 - RD74011111000F811111001F911011111DF+1RD AL74111110001F111001110CE010011014D001A取反-RD76011111000F811111001F911011111DF+1RD AL76111110001F1010111105E010011014D001AC右移fRD78011111000F811111001F911011111DF+1RD AL78111110001F10101011056010011014D001AC左移fRD7A011110001F111111100FC011011016D001I/O fRD7C011110101F511111001F911101101ED+1Rr I/O7E011111000F811111000F8000111111F+1PCfAX7E1001111113F11010110D6000011010D001A-1 fPC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。