实验八复杂实验计算机.doc

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1、实验八、复杂实验计算机的组成与程序运行实验一、实验目的：综合运用所学知识，设计并实现较完整的实验计算机。二、预习要求：1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：MS1S0数据总线(D_BUS)74299LPC299-G程序计数器PCALU-GLOADPC-GMCNALUS3S2S1S0数据暂存器LT1数据暂存器LT2LAR地址寄存器AR地址总线（ADDR_BUS）LDR1LDR2存储器(MEM)READWRITE寄存器R0寄存器R1寄存器R2微控器脉冲源及时序LR0R0GLR1R1GLR2R2G指令寄存器IR

2、C-GLDIR输入设备W/R控制门输出设备数据LED-G控制信号图8-1模型机结构框图五工作原理：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8位，其格式如下：7654321符号尾数其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X<12、指令格式：1）算术逻辑指令设计9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：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选定寄存器00R001R110R29条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表8-2。2）访问及转移指令本机设计有2条访问指令

3、，即存数（STA）、取数（LDA），2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式如下：7654321000MOP-CODErdD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：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变址寻址相对寻址本机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。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，addr=01

4、时，选中“数据输入电路”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“输出显示电路”中的数码管作为输出设备。4）停机指令指令格式如下：76543210OP-CODE0000HALT指令，用于实现停机操作。1、指令系统本机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令9条，访问内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CLRrdMOVrs，rdADCrs，rdSBCrs，rd011100rd1000rsrd1001rs　rd1010rsrd0rdrsrdrs+rd+cyrdrs-rd-cyrdINCrdAN

5、Drs，rdCOMrdRRCrs，rd1011rsrd1100rsrd1101rsrd1110rsrdrd+1rdrs∧rdrdrdrdcyrsrsrdRLCrs，rd1111rsrdcyrsrsrdLDAM，D，rd00M00rdDErsSTAM，D，rd00M01rdDrdEJMPM，D00　M　10　00　　　　　Ｄ　　Ｅ　　ＰＣBZCM，D00M1100　Ｄ　当CY=1或Z=1时，EPCINaddr，rdOUTaddr，rd010001rd010110rdaddrrdrdaddrHALT01100000停机表8-1实验八指令格式4．设计微代码首先设计三个控制操作微程序：存储器读

6、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“取址”微指令，启动程序运行。本系统设计的微程序字长共24位，其控制位顺序如下：242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCn

7、WE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0其中uA5-uA0为6位的后续微地址，F1、F2、F3为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。F3字段包含P1-P4四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入囗，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如表8－2：　F1字段F2字段F3字段151413选择121110选择987选择000LDRi000RAG00