復(fù)雜模型機實驗報告

計算機組成原理實驗報告實驗題目：一臺模型計算機的總體設(shè)計之復(fù)雜模型機設(shè)計實驗?zāi)康模?1)在掌握部件單元電路實驗的基礎(chǔ)上，進一步將其組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺復(fù)雜模型計算機，建立一臺基本完整的整機。(2)為其定義至少五條機器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，通過聯(lián)機調(diào)試，觀察計算機執(zhí)行指令：從取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令等過程中數(shù)據(jù)通路內(nèi)數(shù)據(jù)的流動情況，進一步掌握整機概念。實驗設(shè)備TDN-CM+教學實驗系統(tǒng)一套、微型計算機一臺、排線若干。實驗原理：(1)數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)：①數(shù)據(jù)格式模型機規(guī)定數(shù)據(jù)采用定點整數(shù)補碼表示，字長為8位，其格式如下：7654321符號尾 數(shù)其中，第7位為符號位，數(shù)值表示范圍是一27<X<27-1②指令格式模型機設(shè)計4大類指令共16條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。A.算術(shù)邏輯指令

設(shè)計九條算術(shù)邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：76543210OP—CODERSRD其中，OP—CODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目標寄存器，并規(guī)定:RS或RD選定的寄存器00R001R110R2九條算術(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式見表5.2－1。

助記符指令格式助記符指令格式功能CLRRDMOVRS,RDADCRS,RDSBCRS,RDINCRDANDRS,RDCOMRDRRCRS,RDRLCRS,RD011100RD0-RDRS-*RDRS+RD+CY—RDRS-RD-CY-*RDRD+1-*RDRSARD^RDRD-RDRS循環(huán)節(jié)CY右移后一RD?CY~RS.?RS循環(huán)節(jié)CY右移后一RD1000RSRD1001RSRD1010RSRD1011RD1100RD1101RD1110RSRDmiRSRDLDAM,D,RDSTAM,D,RDJMPM,DBZCM,D00M00RD(ELRDRD-(E)EfPC當CY=1或Z=l,E—PCD00M01RDD00M1000D00M1100DINaddr,RD010101RD(addr)fRDOUTaddr,RD010110RDRD->(addr)HALT01100000停機B.訪問及轉(zhuǎn)移指令:模型機設(shè)計兩條訪問指令，即存數(shù)(STA)、取數(shù)(LDA),兩條轉(zhuǎn)移指令，即無條件轉(zhuǎn)移(JMP)、結(jié)果為零或有進位轉(zhuǎn)移(BZC),指令格式如下：7654321 000MOP-CODERDD其中，OP-CODE為操作碼，RD為目的寄存器地址(LDA、STA指令使用)。D為位移量(正負均可)，M為尋址模式，其定義如下：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)+DRI變址尋址11E=(PC)+D相對尋址本模型機規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。CI/O指令：輸入(2)和輸出(OUT)指令采用單字節(jié)指令，其格式如下:76543 21 0OP-CODEaddrRD其中，addr=01時，選中“INPUTDEVICE”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時，選中“OUTPUTDEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。D.停機指令：停機指令格式如下：76543 210OP-CODE0000HALT指令，用于實現(xiàn)停機操作。③指令系統(tǒng)：本模型機共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令七條，移位指令兩條，訪問內(nèi)存指令和程序控制指令四條，輸入/輸出指令兩條，其它指令一條。表5.2－1列出了各條指令的格式、助記符和功能。實驗要求(1)設(shè)計的復(fù)雜模型機要實現(xiàn)：加法運算、減法運算、加減混合運算、乘法運算和輸出結(jié)果、循環(huán)的功能。(2)設(shè)計的機器指令程序可參考以下實例：程序助記符$P0044IN01,R0$P0146IN01,R2$P0298ADCR2,R0$P0381MOVR0,R1

$P04F5RLCR1,R1$P04F5RLCR1,R1(3)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)(模型機各部件連接圖)及數(shù)據(jù)通路框圖。(4)設(shè)計機器指令程序(減法運算、加減混合運算、乘法運算)。(5)設(shè)計每條機器指令對應(yīng)的每一段微程序。(6)根據(jù)機器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計微程序流程圖及確定微地址。(7)參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進制代碼表，并將二進制代碼表轉(zhuǎn)換成聯(lián)機操作時的十六進制格式文件。(8)根據(jù)實驗接線圖(模型機各部件連接圖：可參考提供資料)搭好模型機電路。(9)先按功能模塊進行組裝和分調(diào)。(10)整機調(diào)試，在內(nèi)存中裝入一段機器指令，聯(lián)機調(diào)試程序并進行其它的運行方式等功能調(diào)試及執(zhí)行指令的正確性驗證，檢測實現(xiàn)的功能是否達到設(shè)計要求。實驗主要步驟：：AUJ3BOBBQLDDR1LDDR2ALU-B299-BARBUSUNITB7BOSWITCHUNITH23LDARB7LOAD:ADJ6BOADDRESSUNIT - -rt.__-V V-- A - — . :rtJ□q b—?一STATEUNITSIGNALUNITLOGUNITSWBSWAoxenS3zxen：AUJ3BOBBQLDDR1LDDR2ALU-B299-BARBUSUNITB7BOSWITCHUNITH23LDARB7LOAD:ADJ6BOADDRESSUNIT - -rt.__-V V-- A - — . :rtJ□q b—?一STATEUNITSIGNALUNITLOGUNITSWBSWAoxenS3zxenffi—oux—2oxen23S3PC-BCHLDPCD-LDDR1LDDR2ALU-BflLDARLOADuPC-BnLDPCLDRiRD-BRDB?*1-O——O—INSUNIT[17*JI2IJ10-Dldir1AOrA9yon-YlD-Y2[]-D7J5JEXUNITINPUTDEVICED7:SWJ3D<)SW-BDW/RLbOUTPUTDEVICE如上圖，聯(lián)接器件打開TangDuCMP測試連線情況，并修正連線通過后裝載EXE3文件打開通路圖，開始單步運行觀察實驗結(jié)果。實驗結(jié)果：.取指令過程，將指令取到寄存器并送到控制器。過程中pc進行自加1運算。.具體執(zhí)行的指令a)$P0044 IN01,R0這條指令是從input讀一個數(shù)讀到R0中,具體實驗中是01Hb)$P0146 IN01,R2從input讀一個數(shù)到R2,其值也是01Hc)$P0298 ADC R2,R0R2+R0得02H并保存到R0中d)$P0381 MOV R0,R1將R0的數(shù)據(jù)(02H)復(fù)制到R1中e)$P04F5 RLC R1,R1R1的數(shù)據(jù)進行一次左移運算，并再次存到R1(實驗中02H得到04H)心得體會：本次實驗是計算機組成原理實驗中完成最接近普通計算機的整機實驗。由本次實驗可以了解到計算機實際的取指令計算等過程，強化了在書本上學的的計算機原理的知識。此次實驗也是對耐心和認真度的一個考驗，因為本實驗有著大量的線路聯(lián)接，如果某一跟線接線錯誤或者接觸不良將影響整個實驗結(jié)果。至此本學期的計算機組成原理實