复杂模型机设计(微程序).doc

复杂模型机设计(微程序).doc: .
…-复杂模型机设计(微程序)
专业:计算机科学与技术
实验日期:2014年9月15日——2014年9月16曰
一、实验内容 3
实验原理
1. 数据格式
2. 指令设计 3
3. 指令格式 3
4. 指令系统 5
三、总体设计 6
四、实验步骤
复杂模型机设计实验
一、 实验内容
搭建一台8位模型机,指令系统要求有10条以上,其中包括运算类指令、传送类指令、按制转移类指令、输入输出指令等,并且有各种不同的寻址方式。
二、 实验原理
下面讲述一下模型计算机的数据格式及指令系统。
1. 数据格式
模型机规定釆用定点补码表示法表示数据,字长为8位,8位全用来表示数据(最高位不表示符号),数值表示范围是:0<X<28— 1。
2. 指令设计
模型机设计三大类指令共十五条,其中色括运算类指令、控制转移类指令, 数据传送类指令。运算类指令包含三种运算,算术运算、逻辑运算和移位运算, 设计有6条运算类指令,分另IJ为:ADD、AND、INC、SUB、OR、RR,所有运算类指令都为单字节,寻址方式采用寄存器直接寻址。控制转移类指令有三条 HLT、JMP、BZC,用以控制程序的分支和转移,其中HLT为单字节指令,JMP 和BZC为双字节指令。数据传送类指令有IN、OUT、MOV、LDI、LAD、STA 共6条,用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器和存储器之间的数据交换,除MOV指令为单字节指令外,其余均为双字节指令。
3. 指令格式
所有单字节指令(ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT 和 MOV)格式如下:
7 6 5 4
3 2
10
OP-CODE
RS
RD
其屮,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
R0
01
R1
10
R2
11
R3
IN和OUT的指令格式为:
7654 (1)
3 2(1)
10(1)
7—0 (2)
OP-CODE
RS
RD
P
Y10N
八1
Y11N
B1
Y12N
A2
00 t—H ryn
Y13N
B2
Y20N
G1N
卜
Y21N
G2N
Y22N
Y23N
I0Y0
10Y1
I0Y2
10Y3
-c
3-
D-
其中括号中的1表示指令的第一字节,2表示指令的第二字节,OP-CODE 为操作码,RS为源寄存器,RD为目的寄存器,P为I/O端口号,占用一个字节, 系统的I/O地址译码原理见图5-3-1 (在地址总线单元)。
A6 A7
图5-3-1 I/O地址译码原理图
由于用的是地址总线的高两位进行译码,I/O地址空间被分为四个区,如表 5-3-1所示:
表5-3-1 I/O地址空间分配
A7 A6
选定
地址空间
00
I0Y0
00-3F
01
10Y1
40-7F
10
10Y2
80-BI:
11
10Y3
C0-FF
系统设计五种数据寻址方式,即立即、直接、间接、变址和相对寻址,LDI 指令为立即寻址,LAD、STA、JMP和BZC指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力。
LDI的指令格式如下,第一字节同前一样,第二字节为立即数。
7654(1)
3 2(1)
1 0 (1)
7—0 (2)
0P-C0DE
RS
RD
data
LAD、STA、JMP和BZC指令格式如下。
7654(1)
3 2(1)
1 0 (1)
7—0 (2)
0P-C0DE
M
RD
D
其中M为寻址模式,具体见表5-3-2,以R2做为变址寄存器RL
表5-3-2寻址方式
寻址模式M
有效地址E
说明
00
E
=D
直接寻址
01
E
=(D)
间接寻址
10
E
=(RI) + D
RI变址寻址
11
E
=(PC) + D
相对寻址
4. 指令系统
本模型机共有15条基本指令,表5-3-3列出了各条指令的格式、汇编符号、
指令功能。
表5-3-3指令描述
三、总体设计
和前面的实验相比,复杂模型机实验指令多,寻址方式多,只用一种测试己不能满足设计要求,为此指令译码电路需要重新设计。如图5-3-3所示在IR单元的INS_DEC中实现。
根据机器指令系统要求,设计微程序流程图及确定微地址,如图5-3-5所示。按照系统建议的微指令格式,见表5-3-4,参照微指令流程图,将每条微指令代码化,译成二进制代码表