组成原理课程(复杂模型机).doc

组成原理课程(复杂模型机)96882蒇螆复杂模型机设计实验芃实验目的蚀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。葿实验设备袄TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统。螂数据格式及指令系统莀数据格式薀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:芇D7膁D6D5D4D3D2D1D0膀符号莈尾数莅指令格式袅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。袁算术逻辑指令荿设计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:螇芄D7D6D5D4蚁D3D2膆D1D0袆OP-CODE蚃rs莁rd芈其中,OP-CODE为操作码,rs为源寄存器,rd为目的寄存器,并规定:羄膃rs或rd膂选定的寄存器荿00莇01薂10袂R0肆R1蒅R2羂7条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表薃访存指令及转移指令膈模型机设计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:袇蚅D7D6聿D5D4艿D3D2羆D1D0肄00衿M肇OP-CODE肄rd薄D薀其中,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:肈蒆寻址模式M羃有效地址E莀说明腿00薅01莂10肀11羇E=D袇E=(D)螂E=(RI)+D螁E=(PC)+D羈直接寻址肆间接寻址蒅RI变址寻址薁相对寻址聿本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。膄I/O指令羅输入(IN)和输出(OUT)指令采用单字节指令,其格式如下:节袇D7D6D5D4蒆D3D2莄D1D0肂OP-CODE袈addr蚅rd螃其中,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。螂停机指令羀指令格式如下:羇膃D7D6D5D4薃D3D2螇D1D0肅OP-CODE蚂00罿00袈HALT指令用于实现停机操作。芄指令系统肁本模型机共有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。蝿表1袀助记符号薆指令格式螅功能虿肄袂蒀CLRrd蚇MOVrs,rd薄ADCrs,rd肃SBCrs,rd聿INCrd薇ANDrs,rd蒃RRCrs,rd袀RLCrs,rd薀0111蒆00莇rd芁芀蒈薅1000螁rs肁rd蕿蚃1001蒄rs螁rd莆羆1010袄rs薂rd莈膄1011芃羈rd葿蒇1100蚂rs螈rd芆薅1101膂葿rd莈蚃1110薁rs艿rd荿肆1111羀rs罿rd膇蚄0→rd螀rs→rd芈rs+rd+cy→rd薆rs-rd-cy→rd肃rd+1→rd蒀rs∧rd→rd肅→rd蚅薃rs→rd芁肇rs←rd膄螃LDAM,D,rd羂STAM,D,rd羁JMPM,D膈BZCM,D膆莁蚁00羅M芄00袁rd蒂D羇蚆蒄羈肈螅羃蚈袆袃莃00葿M羇01芅rd螂腿羈00莄M节00袀rd螆D螆蚁00蚀M袇00袅rd莄D莀衿羃E→rs螄rd→E膁E→PC蚆当CY=1或Z=1,莅E→PC膃INaddr,rd袁OUTaddr,rd螇蒄0100蚂01蚁rd蝿蚀addr→rd膇rd→addr袆0101肂01莂rd薆薄HALT莃蝿0100蚆01莄rd蒅膁停机莀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$M0200C050$M$M0300A004$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$M$M360D9A01$M$M$M$M$M173D9A01$M3919883A$M$M3A019801$M1901A22A$M3B070A08$M1A01B22C