实验四 复杂模型机的组成与程序运行

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1、组成原理课程设计20081121614内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《计算机组成原理》课程设计报告题目:_实验四复杂模型机的组成与程序运行__姓名学号班级08计算机科学与技术（非师）指导教师职称日期2010.7.1214组成原理课程设计200811216141任务描述设计题目名称：复杂模型机的组成与程序运行要求：基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统—模型机，分析其工作原理。根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程

2、序并运行。START:IN00H，R1DECR1BZCRESULT；为0则跳转LDIR2，50H；读入数据始地址LADR3，[RI]，00H；从MEM读入数据送R3，变址寻址，偏移量为00HADD[RI]00H，R3；累加求和INCRI；变址寄存加1，指向下一数据OUT40H，[RI]00H；和在OUT单元显示JMPSTART；跳转至STARTRESULT:HLT；停机50H、51H、52H、53H、54H、55H单元内容分别为12H、34H、55H、23H、05H。2设计设备PC机一台，TD-CMA实

3、验系统一套，排线若干。3设计原理和方法3.1设计原理3.1.1数据格式:模型机规定采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）7654321符号尾数数值表示范围是:3.1.2指令设计模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、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，分别为：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、

4、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。3.1.3指令格式：所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT和MOV）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:RS或RD选

5、定寄存器00R001R110R214组成原理课程设计20081121614IN和OUT的指令格式为：7654（1）32（1）10（1）70（2）OP-CODERSRDP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3-3-1（在地址总线单元）。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3-3-1所示：表3-3-1I/O地址空间分配系

6、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。其中OP-CODE为操作码,RD为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）,D为位移量(正负均可),M为寻址模式,其定义如下:7654（1）32（1）10（1）70（2）OP-CODERSRDDataLAD、STA、JMP和BZC指令格式如下。7654（1）32（1）10（1）70（2）OP-C

7、ODEMRDD14组成原理课程设计20081121614其中M为寻址模式，具体见表3-3-2，以R2做为变址寄存器RI。寻址方式寻址模式M有效地址E说明00011011E=DE=(D)E=(RI)+DE=(PC)+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址3.1.3指令系统本模型机共有15条基本指令，表3-3-3列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。表3-3-3指令描述3.2设计依据本模型机的数据通路框图如图3-3-2所示。14组成原理课程设计20081121614图3-3-2数据通路框图和前面的实验相

8、比，复杂模型机实验指令多，寻址方式多，只用一种测试已不能满足设计要求，为此指令译码电路需要重新设计。如图3-3-3所示在IR单元的INS_DEC中实现。图3-3-3指令译码原理图本实验中要用到四个通用寄存器R3…R0，而对寄存器的选择是通过指令的低四位，为此还得设计一个寄存器译码电路，在IR单元的REG_DEC（GAL16V8）中实现，如图3-3-4所示。14组成原理课程设计20081121614图3-3-4寄存器译码原理图根据机器指令系统