實(shí)驗(yàn)六：復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、實(shí)驗(yàn)五復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康木C合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)原理知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的計(jì)算機(jī)。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備Dais-CMX16 +計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，實(shí)驗(yàn)用導(dǎo)線(xiàn)若干。、數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)格式模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為8位，其格式如下:76 5 4 3 2 1 0符號(hào)尾數(shù)其中第7位為符號(hào)位，數(shù)值表示范圍是：-1 WX v 1 。2. 指令格式模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類(lèi)指令共16條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪(fǎng)問(wèn)及轉(zhuǎn)移指令 和停機(jī)指令。算術(shù)邏輯指令設(shè)計(jì)9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:7 6 5 43 21 0OP-CODERs

2、Rd其中，OP-CODE為操作碼，Rs為源寄存器，Rd為目的寄存器，并規(guī)定:Rs 或 Rd選定的寄存器00R001R11011R2R3其中 RO=CL;R仁CH;R2=DL;R3=DH9條算術(shù)邏輯指令的名稱(chēng)、功能和具體格式見(jiàn)表5-1。訪(fǎng)問(wèn)指令及轉(zhuǎn)移指令模型機(jī)設(shè)計(jì)2條訪(fǎng)問(wèn)指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），2條轉(zhuǎn)移指令，即無(wú)條件轉(zhuǎn)移（JMP ）、結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令（BZC），指令格式為：765 43 21 000M2OP-CODERdD （低八）D （高八）其中0 0 M ”為源碼段，2OP-CODE 為目的碼段（LDA、STA指令使用）。D為十六位地址段（低八在前，高八隨后），M為源

3、尋址模式，其定義如下:尋址模式M有效地址E說(shuō)明00E = D直接尋址01E = (D)間接尋址10E = (SP)+DSP變址尋址11E = (PC)+D相對(duì)尋址I/O指令輸入（IN ）和輸出OUT ）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下:7 6 5 43 21 0OP-CODE0 0Rd停機(jī)指令指令格式如下:7 6 5 43 21 0OP-CODE0 00 0HALT指令，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。3.指令系統(tǒng)本模型機(jī)共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令9條，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條，其它指令1條。下表列出了各條指令的格式、匯編符號(hào)、指令功表5-1助記符指令格式功能LDA M,D,

4、Rd00M00R dEt RdSTA M,D,Rd00M01R dRd t EJMP M,D00M1000Et pcBZC M,D00M1100當(dāng) CY=1 或 Z=1 時(shí)，Et PCMOV Rd,Rs0100RsR dRst RdADC Rd,Rs0101RsR dRs+Rd+CY tRdSBC Rd,Rs0110RsR dRs-Rd-CY t RdAND Rd,Rs0111RsR dRsARd tRdCLR Rd100000R d0 t RdINC Rd100100R dRd+1 t RdCPL Rd101000R dRd t RdRRC Rd101100R dCYt RdRLC Rd11

5、0000R dCYt RdIN Rd,I/O110100R dI/O t RdOUT Rd,I/O111000RRd t I/OdHALT11110000停機(jī)o o F-rFi1-'-RllJ§BUG-> AL= oa r-、K iHOToJ代甘 fZs.<£旺禮3-.o * hrRd->RilfiBUG-SRLn 1o-OJ41s?1 CDTe 11 uTs i sj XQA 1aTCJ1&uiEE哄 iQ Qzo clCJJ TpmCJcf.MC-J二 qBaa j訥73o O J.1og一H 卜->1o*5 I: - rhK I

6、KV 一 s - - -_-E -lx -=-S-I 個(gè) snm -ffiAIECfc¥z-U.T”irtorp£31?亠S顋toHn8CGI寸CM 勺0器 i 1 討3T1+ JI違：8T陽(yáng)dJU'E sTT1ssue->BL守ffi»o-pI；H1%Cl辛>酣.-. Il1 M 黃二1 lU d£!-j11二一世SElufbsrllt口 .小n_ID護(hù)_£<-左0>置S0圖5-1復(fù)雜模型機(jī)微程序流程圖按照系統(tǒng)建議的微指令格式，參照微指令流程圖， 將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代M10M9M8功能X2X1X01

7、11禁止110ALU101SP100IOR011MRD010XRD001RRD000PC源編碼M1M1M1987功能02O1O0111禁止110MAR101BX100AX011SP010IOW001XWR000RWR目的編碼碼，并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制格式文件。M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9M8 M/I7 M6 M5 M4M3M2 M11 M0E/MIPMWRR/M目的編碼OPMCNS2S1SO源編碼XPWALUIuIEIRIczIds實(shí)驗(yàn)所用的機(jī)器指令程序:地址指令代碼助記符功能000D0IN R0IOL R0001D2IN R

8、2IOL R200258ADC R0,R2R0+R2 R000341MOV R1,R0R0 R1004C0RLC R0RLC R00050C 00 00BZC 000HBZC 000H008F0HALT停機(jī)四、實(shí)驗(yàn)方法鍵盤(pán)操作首先卸去實(shí)驗(yàn)連接，然后按如下操作，把系統(tǒng)工作方式設(shè)為“微控/在線(xiàn)”。在待命狀態(tài)0下按【減址】鍵，LCD顯示器顯示工作模式選項(xiàng)：Dais-CMX16+ XXXKLD MID PLD選擇手動(dòng)模式按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“ MUD ”微程序模式，按【減址】鍵確定后，系統(tǒng)先詢(xún)問(wèn)用戶(hù)是否使用搭接方式，按【增址】鍵選擇“y”（搭接）或“ n”（在線(xiàn)），按【減址】鍵確定:Dais-CM

9、X16+' mud1st |/n I/O y/n是，選擇搭接方式，須連線(xiàn)Dais-CMX16+ ' mud lst y/ | I/O y/n否，選擇在線(xiàn)方式，零連線(xiàn)接著系統(tǒng)詢(xún)問(wèn)用戶(hù)是否使用擴(kuò)展I/O方式，按【增址】鍵選擇“ y”（擴(kuò)展I/O ）或“門(mén)（微控制器關(guān)聯(lián)），按【減址】鍵確定:Dais-CMX16+' mud1st y/n I/O|/nDais-CMX16+' mudlst y/n I/O y/ |是，擴(kuò)展I/O方式否，選擇微控制器關(guān)聯(lián)方式確定設(shè)置后，系統(tǒng)返回待命狀態(tài)0。Dais-CMX16+ 'mud|m設(shè)置完畢，返回待命狀態(tài)機(jī)器程序與對(duì)應(yīng)的微

10、控制程序的寫(xiě)入：在待令狀態(tài)下，鍵入數(shù)字鍵“ 4 ” （復(fù)雜模型機(jī)代號(hào)），然后再鍵入【減址】命令鍵，實(shí)驗(yàn)裝置自動(dòng)裝載由數(shù)字鍵定義的模型機(jī)機(jī)器程序及對(duì)應(yīng)的微程序，裝載完畢自動(dòng)返待令態(tài)。運(yùn)行程序 單拍運(yùn)行：每按一次【單拍】按鈕模型機(jī)運(yùn)行一拍，系統(tǒng)提供可變時(shí)序，非取指”> T1 T3T4I-> T1T2 T3T4微周期它的節(jié)拍按L次序循環(huán)，在取指微周期按 I次序循環(huán)。 微單步：每按一次【單步】命令鍵運(yùn)行一條微指令，對(duì)照微程序流程，觀(guān)察微址是否和流程一致。對(duì)照微指令表，觀(guān)察執(zhí)行結(jié)果是否和理論值一致。 宏運(yùn)行（指令單步或宏調(diào)用）：每按動(dòng)一次【宏運(yùn)】命令鍵，運(yùn)行一條機(jī)器指令。對(duì)照機(jī)器指令程序，觀(guān)

11、察 pc地址是否和流程一致。 程序運(yùn)行與暫停：按動(dòng)【運(yùn)行】命令鍵使模型機(jī)進(jìn)入實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)；在實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)按左下方任一數(shù)字鍵即可暫停模型機(jī)程序的運(yùn)行，以便實(shí)驗(yàn)者查看模型機(jī)現(xiàn)場(chǎng)。聯(lián)機(jī)運(yùn)行雙擊桌面“ Dais-CMX 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境”圖標(biāo)進(jìn)入聯(lián)機(jī)模式在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下， 首先應(yīng)打開(kāi) mxj4.asm （復(fù)雜模型機(jī)機(jī)器指令及對(duì)應(yīng)微指令代碼文件） ， 然后點(diǎn)擊工具欄 “裝載” 按鈕開(kāi)始裝載， 如源程序無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤即可完成裝載， 進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。 可點(diǎn)擊工具欄快捷按鈕，詳細(xì)操作如下：?jiǎn)喂?jié)拍：?jiǎn)螕舨藛巍斑\(yùn)行 T單拍運(yùn)行微指令”命令或單擊工具欄“單拍”按鈕，以單節(jié)拍方式按 T1T4 順序逐步運(yùn)行微程序。單周期：?jiǎn)螕舨藛巍?/p>

12、運(yùn)行 T單步運(yùn)行微指令”命令或單擊工具欄 “微單步”按鈕,以單周期（ T1T4 為一個(gè)機(jī)器周期）方式逐步運(yùn)行微程序。應(yīng)用級(jí)調(diào)試 在機(jī)器指令的層面進(jìn)行逐步調(diào)試，面向應(yīng)用程序，幫助用戶(hù)了解機(jī)器指令的執(zhí)行結(jié)果。單步機(jī)器指令：?jiǎn)螕舨藛巍斑\(yùn)行 T單步運(yùn)行機(jī)器指令”命令或單擊工具欄“單步” 按鈕，以逐步指令方式執(zhí)行機(jī)器程序，遇 CALL 調(diào)用時(shí)跟蹤進(jìn)入。宏單步機(jī)器指令：?jiǎn)螕舨藛巍斑\(yùn)行T宏單步運(yùn)行機(jī)器指令”命令或單擊工具欄“宏 單步”按鈕，以逐步指令方式執(zhí)行機(jī)器程序，遇 CALL 調(diào)用時(shí)跨越執(zhí)行。全速運(yùn)行單擊菜單“運(yùn)行 T全速運(yùn)行”命令或單擊工具欄“運(yùn)行”按鈕，忽略實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，以全 速方式運(yùn)行機(jī)器指令、微指令

13、，用來(lái)驗(yàn)證應(yīng)用程序的運(yùn)行結(jié)果。暫停與復(fù)位暫停：當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)入全速運(yùn)行、自動(dòng)單步等狀態(tài)時(shí)，可隨時(shí)單擊菜單“運(yùn)行 T暫停”命令或單擊工具欄“暫?！卑粹o，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)暫停當(dāng)前運(yùn)行的程序，并展現(xiàn)暫停后的模型機(jī) 現(xiàn)場(chǎng)，幫助用戶(hù)觀(guān)察各部件的狀態(tài)。復(fù)位：在待命狀態(tài)下，單擊菜單"運(yùn)行 f 復(fù)位”命令或單擊工具欄"復(fù)位”按鈕，可對(duì)模型機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，初始化所有寄存器和標(biāo)志位。注：復(fù)位操作不會(huì)破壞程序存儲(chǔ)器、微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容。表5-2復(fù)雜模型機(jī)微指令表微址M23M22M21M20M19M18M17M16代碼M15M14M13M12M11M10M9M3代碼M7M6 M5 M14 1M3M2M，M

14、0代碼后續(xù)微址上說(shuō)明E/MIPMWRR/o2o1o0OPMCNIS2S2S0X2X1XCXFWALUluIEIFIczIds00011111111FF11111111FF11111111FF+1空操作00110111111BF11111011FB11111010FA可變IBUS f IR400011100017111111011FB11101101ED001EM f RD408010111115F11111001FB11101101ED001RD f EM410001111113F11000110C6001011012D001BX f PC41811111111FF11000110FF1111

15、0100F4420+CZ條件變址42011111111FF11111111FF11101101ED001空操作421001111113F11000110C6001011012D001BX f PC60011111010FA11111011FB11111111FF+1EM f BL60110111011BB11111011FB11111111FF+1EM f BH60210111100BC11000110C60010011026400+OF'BX f AR62011111010FA11111011FB11111111FF+1EM f BL62110111011BB11111011FB11

16、111111FF+1EM f BH62211111100FC11000110C611111111FF+1BX f AR623011110107A11111011FB001011112F602EM f BX64011111010FA11111011FB11111111FF+1EM f BL64110111011BB11111011FB11111111FF+1EM f BH64211111000F811111101FD001011112F663RI f AX64311111010FA0110011066001011112F602A+B f BX續(xù)下表繼上表微址M23M22M21M20M19M18M

17、17M16代碼M15M14M13M12M11M10M9M3代碼M7M6 M5 M14 1M3M2M，M0代碼后續(xù)微址說(shuō)明E/MIPMWRR/Mo2o1o0OPMCNIS2S2S0X2X1X0XPWALUIuIEIRIczIds66011111010FA11111011FB11111111FF+1EM f BL66110111011BB11111011FB11111111FF+1EM f BH66211111000F811111000F8001111113F+1PCf AX66311111000F811110110F6001011112F643AX-168011110001F111111001F

18、9011011016D001RS RD6A011111010FA10111001B9010111115F+1RSt bl6A111111000F811111001F911011111DF+1RD AL6A211110001F10100011046010011014D001A+B+C RD6C011111010FA10111001B9010111115F+1RS BL6C111111000F811111001F911011111DF+1RD AL6C211110001F1010011104E010011014D001A-B-C RD6E011111010FA10111001B9010111115F+1RS BL6E111111000F811111001F911011111DF+1RD AL6E211110001F111101110EE010011014D001A& B RD70011110001F111011110DE0