计算机组成原理之复杂模型机设计实验.doc

计算机与信息技术学院 实验报告 姓 名 学 号 专业班级 2009级 计算机科学与技术 课程名称 计算机组成原理课程设计 实验日期 2011/9/2 成 绩 指导教师 高嘉伟 批改日期 实验名称 实验八 复杂模型机设计实验 一、实验目的： 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 实验内容及原理： 1、数据格式及指令系统： ①数据格式： 模型机规定数据采用定点整数补码表示，字长为8位，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 符号 尾数 其中，第7位为符号位，数值表示范围为：≤X≤ ②指令格式： 模型机设计四大类指令共有16条，其中算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。 A、算术逻辑指令 设计九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： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE RS RD 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 选定的寄存器 00 01 10 RO R1 R2 九条算术逻辑指令的助记符、功能和具体格式见下表8.1。 B、访问及转移指令 模型机设计两条访问指令，即存数（STA）、取数（LDA），两条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移（BZC），指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 M OP-CODE rd D 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 00 01 10 11 E=D E=(D) E=(RI)+D E=(PC)+D 直接寻址 间接寻址 RI变址寻址 相对寻址 本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。 C、I/O指令 输入和输出指令采用单字节指令，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE addr RD 其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。 D、停机指令 停机指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE 0 0 0 0 HALT指令，用于实现停机操作。 ③指令系统： 本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，移位指令2条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入/输出指令2条，其他指令1条。表8.1列出了各种指令的格式、助记符和功能。 表8.1 各指令的助记符、功能和具体格式 2、总体设计 本模型机的数据通路框图如图8.1。根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图8.2。 图8.1 数据通路框图 按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进 制代码表，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件，见表6.1。 3、实验程序： 图8.2 微程序流程图 三、实验步骤： （1）按图8.3连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 （2）写微程序 与PC联机，将实验微程序装入实验装置中或脱机时手动将本实验微程序写入实验装置中，手动写入的具体方法如下： ① 编程 A、将编程开关置为“PROM”（编程）状态。 B、将实验板上“STATE UNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN” 状态。 C、用二进制模拟开关置微地址MA5～MA0（如图5.4须将此六线排针接开关单元）。 D、在MK24～MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。 E、启动时序电路（按动启动按纽“START”），即将微代码写入到E2PROM 2816的相应地址对应的单元中。 F、重复C～E步骤，将本实验给出的十六进制格式文件转换的二进制代码写入2816。 ②校验 A、将编程开关设置为“READ”（校验）状态。 B、将实验板的“STEP”置为“STEP”状态，“STOP”置为“RUN”状态。 C、用二进制开关置好微地址UA5～UA0。 D、按动“START”键，启动时序电路，读出微代码。观察显示灯MD24～MD1的状态（灯亮为“0”，灭为“1”），检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于“PRO