实验七：复杂模型机的设计与实现.doc

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
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:
7
6 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:-1≤X<1。
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。
⑴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 4
3 2
1 0
OP-CODE
Rs
Rd
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
00
01
10
11
R0
R1
R2
R3
其中R0=CL;R1=CH;R2=DL;R3=DH
9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表5-1。
⑵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:
7
6
5 4
3 2
1 0
0
0
M
2OP-CODE
Rd
D(低八)
D(高八)
其中“0 0 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
00
01
10
11
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
⑶ 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 4
3 2
1 0
OP-CODE
0 0
Rd
⑷停机指令
指令格式如下:
7 6 5 4
3 2
1 0
OP-CODE
0 0
0 0
HALT指令,用于实现停机操作。
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,Rd
0
0
M
00
Rd
E→Rd
STA M,D,Rd
0
0
M
01
Rd
Rd→E
JMP M,D
0
0
M
10
00
E→PC
BZC M,D
0
0
M
11
00
当CY=1或Z=1时,E→PC
MOV Rd,Rs
0
1
0
0
Rs
Rd
Rs→Rd
ADC Rd,Rs
0
1
0
1
Rs
Rd
Rs+Rd+CY→Rd
SBC Rd,Rs
0
1
1
0
Rs
Rd
Rs-Rd-CY→Rd
AND Rd,Rs
0
1
1
1
Rs
Rd
Rs∧Rd→Rd
CLR Rd
1
0
0