實(shí)驗(yàn)八復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1、山西大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院課程名稱學(xué) 號專業(yè)班級2011級計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)日期指導(dǎo)教師批改日期7實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)八復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?綜合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理知識，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的計(jì)算機(jī)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)原理：1. 數(shù)據(jù)格式字長為8位，8位全用來表示數(shù)據(jù)（最高位不表 示模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，符號）數(shù)值表示范圍是：0W XW 28 1。2. 指令設(shè)計(jì)模型機(jī)設(shè)計(jì)三大類指令共十五條，其中包括運(yùn)算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令、數(shù)據(jù)傳送類指令。運(yùn)算類指令包含三種運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和移位運(yùn)算，設(shè)計(jì)有6條運(yùn)算類指HLT JMP BZC用以控制程

2、序的分支和轉(zhuǎn)移，其中HLT為單字節(jié)指令，數(shù)據(jù)傳送類指令有IN、OUT MOV LDI、LAD STA共6條，用以完成I/O、寄存器和存儲器之間的數(shù)據(jù)交換，除MOV指令為單字節(jié)指令外，令，分別為：ADD AND INC、SUB OR RR所有運(yùn)算類指令都為單字節(jié)，尋址方式采用寄存器直接尋 址?？刂妻D(zhuǎn)移類指令有三條 JMP和BZC為雙字節(jié)指令。寄存器和寄存器、寄存器和 其余均為雙字節(jié)指令。3. 指令格式所有單字節(jié)指令（ADD AND INC、SUB OR RR HLT和MOV格式如下：RS 或 RD選定的寄存器00R001R110R211其中，OP-CODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存

3、器，并規(guī)定:IN和OUT的指令格式為:7654( 1)3 2( 1)10( 1)7 0 (2)OP-CODERSRDPR37 6 5 43 210OP-CODERSRD總體設(shè)計(jì)本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖如圖8-2所示。圖8-2數(shù)據(jù)通路框圖2、實(shí)驗(yàn)步驟:1. 按圖8-6連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查接線后打開實(shí)驗(yàn)箱電源。2. 聯(lián)機(jī)寫入和校驗(yàn)聯(lián)機(jī)軟件提供了微程序和機(jī)器程序下載功能，代替手動(dòng)讀寫微程序和機(jī)器程序，但是微程序和 機(jī)器程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中。LDI指令為立即尋系統(tǒng)設(shè)計(jì)五種數(shù)據(jù)尋址方式，即立即、直接、間接、變址和相對尋址， 址，LAD STA JMP和BZC指令均具備直接、間接

4、、變址和相對尋址能力。LDI的指令格式如下，第一字節(jié)同前一樣，第二字節(jié)為立即數(shù)。尋址模式M有效地址E說明00E = D直接尋址01E = (D)間接尋址10E = (RI) + D ERI變址尋址=(PC + D相對尋址114 .指令系統(tǒng)本模型機(jī)共有15條基本指令，表8-3列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。7 6 5 4 ( 1)3 2( 1)10( 1)7 0 (2)0P-CODERSRDdataLAD STA JMP和BZC指令格式如下。7 6 5 4 ( 1)3 2( 1)10( 1)7 0 (2)OP-CODEMRDD其中M為尋址模式，具體見表8-2，以R2做為變址寄存器RI。

5、表8-2尋址方式$P 00 20.START: IN R0,00HJ從IN單元讀入計(jì)數(shù)初值$P 01 00$P 02 61:LDI R1,0FH立即數(shù)0FH送 R1$P 03 OF$P 04 14:AND R0,R1得到R0低四位$P 05 61:LDI R1,00H裝入和初值00H$P 06 00$P 07 F0:BZC RESULT計(jì)數(shù)值為0則跳轉(zhuǎn)$P 08 16$P 09 62:LDI R2,60H讀入數(shù)據(jù)始地址$P 0A 60$P 0B CB:LOO P: LAD R3,RI,00H從ME讀入數(shù)據(jù)送R3,變址尋址，偏移量為 00H$P 0C 00$P 0D 0D:ADD R1,R3累加

6、求和$P 0E 72:INC RI變址寄存加1,指向下一數(shù)據(jù)$P 0F 63:LDI R3,01H裝入比較值$P 10 01 $P 11 8C:SUB R0,R3$P 12 F0:BZC RESULT相減為0，表示求和完畢$P 13 16$P 14 E0:JMP LOOP未完則繼續(xù)$P 15 0B/;/* Start Of Main Memory Data *助記符號*KOV EC, P.3 .01 CMFJ.ADD ro., PS .oooossP.D 1SJE RE, F.3.AGOq .fjlAMD ro,B：E .OOOLR5Ml.PF.RP5 .：igq. .那.FDO. Mt RS

7、 .LOlOfli.:sc RC.-i01 LI-卍PDPRS M.FI - FS.77* R.p .RE - FS FI .,US右環(huán)坯fpt.LAE M D： JtD .LlOOuHDn.I ID .STA M D, RS ,1.UQt.KFDD .1兀 *E ”JMP M E.丄.二垃.Mn. * TC.DZC It D ,IILLH*FC it FI=1 b+：E f K、=眾.霽F ,.oglq*F2pp * SC .OUT 片 K.iOOLLBSPd雞Pj.KB-；KD.,B.T*. KP*L叮匹r.0-IQ 心 ED D.nHALT,0101 維;/*/；/；/；/*復(fù)雜模型機(jī)實(shí)

8、驗(yàn)指令文件/$P16D1;RESULT: STa /0H,R1和存于MEI的卜J /u卜$p1770$p1834;OUT 40H,R1和在OU單元顯示$p1940$p1AE0;JMP START跳轉(zhuǎn)至START$p1B00$p1C50;HLT停機(jī)數(shù)據(jù)$P60016102Ep6203$P6304$P6405$P6506$P6607$P6708$P6809$P690A$P6A0B$P6B0C$P6C0D$P6D0E$P6EOF;/* End Of Main Memory Data */;/* start Of Microcontroller Data */$M 00 000001;NOP$M 01

9、 006D43;P C-AR, PC 力 n 1$M 03 107070;MEM-IR, P B$M 05 04B201;A 力n B-RD$M 06 002407;RS-B$M 07 013201;A 與 B-RD$M 08 106009;MEM-AR$M 09 183001;IO-RD$M 0A 106010;MEM-AR$M 0B 000001;NOP$M 0C 103001;MEM-RD$M 0D 200601;RD-MEM$M 0E 005341;A-PC$M 0F 0000CB;NOP, P$M 10 280401;RS-IO$M 11 103001;MEM-RD$M 12 06B

10、201;A 力 n 1-RD$M 13 002414;RS-B$M 14 05B201;A 減 B-RD$M 15 002416;RS-B$M 16 01B201;A 或 B-RD$M 17 002418;RS-B$M 18 02B201;A右環(huán)移-RD$M 1B 005341;A-PC$M 1C 10101D;MEM-A$M 1D 10608C;MEM-AR, P AR$M 1F 101020;MEM-A$M 20 10608C;MEM-AR, P A$M 29 00282A;RI-B$M 2A 04E22B；A 力n B-AR$M 2B 04928C;A 力n B-A, P$M 2C 10

11、102D;MEM-A$M 2D 002C2E；P C-B$M 2E 04E22F;A 力n B-AR$M 2F 04928C;A 力n B-A, P$M 30 001604;RD-A$M 31 001606;RD-A$M 32 006D48;P C-AR, PC 力 n 1$M 33 006D4A；P C-AR, PC 力 n 1$M 34 003401;RS-RD$M 35 000035;NOP$M 36 006D51;P C-AR, PC 力 n 1$M 37 001612;RD-A$M 38 001613;RD-A$M 39 001615;RD-A$M 3A 001617;RD-A$M

12、3B 000001;NOP$M 3C 006D5C;P C-AR, PC 力 n 1$M 3D 006D5E；P C-AR, PC 力 n 1$M 3E 006D68；P C-AR, PC 力 n 1$M 3F 006D6C;P C-AR, PC 力 n 1;/* End Of Microcontroller Data */軟件自選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲】一【裝載】”功能，在打開文件對話框中選擇上面所保存的文件， 動(dòng)將機(jī)器程序和微程序?qū)懭胫付▎卧２⒃谥笐?yīng)重新敗，左鍵單擊指令區(qū) 輸入6位數(shù)據(jù)并回車,選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲】一【刷新指令區(qū)】”可以讀出下位機(jī)所有的機(jī)器指令和微指令， 令區(qū)顯示，對照文

13、件檢查微程序和機(jī)器程序是否正確，如果不正確，則說明寫入操作失 寫入，可以通過聯(lián)機(jī)軟件單獨(dú)修改某個(gè)單元的指令，以修改微指令為例，先用鼠標(biāo) 的微存TAB按鈕，然后再單擊需修改單元的數(shù)據(jù)，此時(shí)該單元變?yōu)榫庉嬁?，編輯框消失，并以紅色顯示寫入的數(shù)據(jù)。3. 運(yùn)行程序方法 方法一：本機(jī)運(yùn)行 將時(shí)序與操作臺單元的開關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔，按動(dòng)CON單元的總清按鈕 CLR,將使程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器 AR和微程序地址為00H,程序可以從頭開始運(yùn)行，暫存器A、B，指令寄存器IR和OUT單元也會被清零。將時(shí)序與操作臺單元的開關(guān) KK2置為單步檔，每按動(dòng)一次 ST按鈕，即可單步運(yùn)行一 條 微指令，對照微程序流

14、程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。每運(yùn)行完一條微指令，觀測一次數(shù)據(jù)總線和地址總線，對照數(shù)據(jù)通路圖，分析總線上的數(shù)據(jù)是否正確。ooOOUT單元顯示的數(shù)是否正確，按下CON單元的總清按鈕CLR改 從OUT單元顯示的數(shù)判別程序執(zhí)行是否正確。模型機(jī)執(zhí)行完 OUT指令后，檢查 變IN單元的值，再次執(zhí)行機(jī)器程序，方法二：聯(lián)機(jī)運(yùn)行進(jìn)入軟件界面，選擇菜單命令【實(shí)驗(yàn)】一【復(fù)雜模型機(jī)】”打開復(fù)雜模型機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通路圖，選擇相應(yīng)的功能命令，即可聯(lián)機(jī)運(yùn)行、監(jiān)控、調(diào)試程序。按動(dòng)CON單元的總清按鈕 CLR然后通過軟件運(yùn)行程序，當(dāng)模型機(jī)執(zhí)行完 OUT指令后，檢查OUT單 元顯示的數(shù)是否正確。 在數(shù)據(jù)通路圖和微程序流中觀測指令的執(zhí)行過程，并觀測軟件中地址總線、數(shù)據(jù)總線以及微指令顯示和下位機(jī)是否一致。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了，輸入一個(gè)數(shù)，然后從一開始加到這個(gè)數(shù)本身 ，并用顯像管輸出試驗(yàn)結(jié)果.輸入（16進(jìn)制）030504輸出（16進(jìn)制）060F0A三、實(shí)驗(yàn)總結(jié):1模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長為8位，8位全用來表示數(shù)據(jù)數(shù)值表示范圍是：0W XW 28 1。2、指令設(shè)計(jì)模型機(jī)設(shè)計(jì)三大類指令共十五條，其中包括運(yùn)算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令、 指令。運(yùn)算類指令包含三種運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和移位運(yùn)算。3、尋址方式采用寄存器直接尋