16BIT计算机组成原理实验八

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1、实验八、复杂模型机组成原理实验一、实验目的：在实验七的基础上，构造一个指令系统，实现比较完整的模型机功能。二、预习要求：认真预习本实验的相关知识和内容。三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。四、模型机结构：图8-1模型机结构框图图中运算器ALU由U7—U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13—U15三片2816构成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。存储器部分由两片6116构成16位存储

2、器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H—FFH。输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时，只有低8位有效。五

3、工作原理：1、数据格式：本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为16位，其格式如下：151413……..0符号尾数其中第16位为符号位，数值表示范围是：-32768≤X<32767。2、指令格式：1）算术逻辑指令设计9条单字长算术逻辑指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。其格式如下：76543210OP-CODErsrd其中OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：OP-CODE011110001001101010111100110111101111指令CLRMOVADDSUBINCANDNOTRORROLRs或rd选定寄存器0

4、0Ax01Bx10Cx9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表8-2。2）存储器访问及转移指令存储器的访问有两种，即存数和取数。它们都使用助记符MOV，但其操作码不同。转移指令只有一种，即无条件转移（JMP）。指令格式如下：7654321000MOP-CODErdD其中OP-CODE为操作码，rd为寄存器。M为寻址模式，D随M的不同其定义也不相同，如下表所示：OP-CODE000110指令说明写存储器读存储器转移指令寻址模式M有效地址ED定义说明00E=（PC）+1立即数立即寻址10E=D直接地址直接寻址11E=100H+D直接地址扩展直接寻址注：扩展

5、直接寻址用于面包板上扩展的存储器的寻址。3）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：76543210OP-CODEaddrrd其中，当OP-CODE=0100且addr=10时，从“数据输入电路”中的开关组输入数据；当OP-CODE=0100且addr=01时，将数据送到“输出显示电路”中的数码管显示。1、指令系统本实验共有14条基本指令，其中算术逻辑指令8条，访问内存指令和程序控制指令4条。输入输出指令2条。表8-1列出了各条指令的格式、汇编符号和指令功能。汇编符号指令的格式功能MOVrd，rsADDrd，rsSUBrd，

6、rs1000rsrd1001rs　rd1010rsrdrsrdrs+rdrdrd-rsrdINCrdANDrd，rsNOTrdRORrd1011rdrd1100rsrd1101rdrd1110rdrdrd+1rdrs∧rdrdrdrdrdROLrd1111rdrdrdMOV[D]，rd001000rdDrd[D]MOVrd,[D]001001rdD[D]rdMOVrd,D000001rdDDrdJMPD0000　10　00　　　　　Ｄ　　D　　ＰＣINrd,KINOUTDISP，rd010010rd010001rdKINrdrdDISP表8-1实验八指令

7、格式4．设计微代码设计三个控制操作微程序：存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入到第01号“取指”微指令，启动程序运行。注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式时由监控程

8、序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、C