復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)硬件售程殘針-復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)（微程序）-復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)（微程序）專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)日期：2014年9月15日——2014年9月16日二、三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)原理1.數(shù)據(jù)格式2.指令設(shè)計(jì)3.指令格式4.指令系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)搭建一臺(tái)8位模型機(jī)，指令系統(tǒng)要求有10條以上，其中包括運(yùn)算類指令、傳送類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令、輸入輸出指令等，并且有各種不同的尋址方式。二、實(shí)驗(yàn)原理下面講述一下模型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)。模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長(zhǎng)為8位，8位全用來(lái)表示數(shù)據(jù)（最高位不表示符號(hào)），數(shù)值表示范圍是：0WXW28—1。指令設(shè)計(jì)模型機(jī)設(shè)計(jì)三大類指令共十五條，其中包括運(yùn)算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令，數(shù)據(jù)傳送類指令。運(yùn)算類指令包含三種運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和移位運(yùn)算，設(shè)計(jì)有6條運(yùn)算類指令，分別為:ADD、AND、INC、SUB、OR、RR,所有運(yùn)算類指令都為單字節(jié)，尋址方式采用寄存器直接尋址?？刂妻D(zhuǎn)移類指令有三條HLT、JMP、BZC,用以控制程序的分支和轉(zhuǎn)移，其中HLT為單字節(jié)指令，JMP和BZC為雙字節(jié)指令。數(shù)據(jù)傳送類指令有IN、OUT、MOV、LDLLAD、STA共6條，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和DO、寄存器和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交換，除MOV指令為單字節(jié)指令外，其余均為雙字節(jié)指令。指令格式所有單字節(jié)指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT和MOV）格式如下：76543210OP-CODERSRD

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00RO01R110R211R3IN和OUT的指令格式為:7654(1)32(1)10(1)7—0(2)OP-CODERSRDP其中括號(hào)中的1表示指令的第一字節(jié)，2表示指令的第二字節(jié)，OP-CODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器，P為1/。端口號(hào)，占用一個(gè)字節(jié),系統(tǒng)的I/O地址譯碼原理見(jiàn)圖5-3-1（在地址總線單元）。A6112ABANNNNNNNN0123012311112222VIVIVIVIVIVIVIVII0Y0I0Y123A6112ABANNNNNNNN0123012311112222VIVIVIVIVIVIVIVII0Y0I0Y123YY

oOII圖5-3-1I/O地址譯碼原理圖由于用的是地址總線的高兩位進(jìn)行譯碼，I/O地址空間被分為四個(gè)區(qū)，如表5-3-1所示：表5-3-1I/O地址空間分配A7A6.5地址空間00IOYO00-3F01I0Y140-7F

10I0Y280-BF11IOY3C0-FF系統(tǒng)設(shè)計(jì)五種數(shù)據(jù)尋址方式，即立即、直接、間接、變址和相對(duì)尋址，LDI指令為立即尋址，LAD、STA、JMP和BZC指令均具備直接、間接、變址和相對(duì)尋址能力。LDI的指令格式如下，第一字節(jié)同前一樣，第二字節(jié)為立即數(shù)。7654(1)32(1)10(1)7—0(2)0P-C0DERSRDdataLAD、STA、JMP和BZC指令格式如下。7654(1)32(1)10(1)7—0(2)OP-CODEMRDD其中M為尋址模式，具體見(jiàn)表5-3-2,以R2做為變址寄存器RI。表5-3-2尋址方式尋址模式M有效地址E說(shuō)明00E=D直接尋址01E=(D)間接尋址10E=(RD+DRI變址尋址11E=(PC)+D相對(duì)尋址指令系統(tǒng)表5-3-3指令描述三、總體設(shè)計(jì)和前面的實(shí)驗(yàn)相比，復(fù)雜模型機(jī)實(shí)驗(yàn)指令多，尋址方式多，只用一種測(cè)試己不能滿足設(shè)計(jì)要求，為此指令譯碼電路需要重新設(shè)計(jì)。如圖5-3-3所示在IR單元的INS.DEC中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)機(jī)器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)微程序流程圖及確定微地址，如圖5-3-5所示。按照系統(tǒng)建議的微指令格式，見(jiàn)表5-3-4,參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表，見(jiàn)表5-3-5,并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換為聯(lián)機(jī)操作時(shí)的十六進(jìn)制格式文件。232221201918-1514-1211-98-65-0M23CNWRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段UA5-UA0A字段 B字段 C字段141312141312選擇000NOP001LDA010LDB011LDRi100保留101LOAD110LDAR111LDIR11109選擇000NOP001ALU_B010RS_B011RD_B100RI_B101保留110PC_B111保留876選擇000NOP001P<1>010P<2>011P<3>100保留101LDPC110保留111保留四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖5-3-6連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查接線后打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱電源。時(shí)序與操作臺(tái)單元控制忌線MC單元ALUBOL'TOT1LDR3RS-ROJRDIOXCLKOTS1ALC4REG單元ALUB0LT7-o-SU無(wú)心"XI0W--OXIORIN_BEl地址總線IOYOD。LED-BOUT單元WR-O-—XDO:<D0

數(shù)據(jù)總統(tǒng)MEM成元I0Y1—O-+-XA7XAOXD7XD7LDIRLDPCPJBLOADLDARLOADLDARP<3>RSJRD_BRIJSPJSE5SEOLDIRP<3RSJRDJRIJSP_BSE5LDRiLDSPP<1>LDRi時(shí)序與操作臺(tái)單元控制忌線MC單元ALUBOL'TOT1LDR3RS-ROJRDIOXCLKOTS1ALC4REG單元ALUB0LT7-o-SU無(wú)心"XI0W--OXIORIN_BEl地址總線IOYOD。LED-BOUT單元WR-O-—XDO:<D0

數(shù)據(jù)總統(tǒng)MEM成元I0Y1—O-+-XA7XAOXD7XD7LDIRLDPCPJBLOADLDARLOADLDARP<3>RSJRD_BRIJSPJSE5SEOLDIRP<3RSJRDJRIJSP_BSE5LDRiLDSPP<1>LDRiLXPP<1>□—LDROD7DOPCMR單元CPU內(nèi)總線LDX3-OLDPCO--[]PCJD7DO$P0020;START:INRO,OOH從IN單元讀入計(jì)數(shù)初值$P0100$P0261;LDIR1,OFH立即數(shù)OFH送R1$P03OF$P0414;ANDRO,R1得到R0低四位$P0561;LDIR1,OOH裝入和初值00H$P0600$P07F0;BZCRESULT計(jì)數(shù)值為0則跳轉(zhuǎn)$P081A$P0962;LDIR2,60H讀入數(shù)據(jù)始地址$P0A60$P0BCB$P0C00;LOOP:LADR3,[RI],OOH從MEM讀入數(shù)據(jù)送R3,變址尋址，偏移量為OOH$P0D8D;SUBR1,R3$P0E72;INCRI 變址寄存加1,指向下一數(shù)據(jù)$POFCB；LADR3,[RI],OOH從MEM讀入數(shù)據(jù)送R3,變址尋址，偏移量為00H$P1000$P110D;ADDR1.R3 求和$P1272;INCRI 變址寄存加1,指向下一數(shù)據(jù)$P1363;LDIR3,01H 裝入比較值$P1402$P158C;SUBR0,R3$P16FO;BZCagain 相減為0,表示求和完畢$P171A$P18EO;JMPLOOP 未完則繼續(xù)$P19OB$P1A62;again：LDIR2,01H$PIB01f$P1C16;ANDR1,R3$PIDFO;BZCRESULT 相與為零，表示最低位為零$PIE22$PIF63 ;LDIR3,FEH$P20FE ;$P2117 ;ANDR1.R3兩者相與置R1最低位為0$P22A4;RESULT:RRRl,RO$P23DO;STA7OH,R1和存于MEM的70H單元$P2470$P2530 ;OUT4OH,R1 和在OUT單元顯示$P2640$P27E0;JMPSTART 跳轉(zhuǎn)至START$P2800$P6001;數(shù)據(jù)$P6102$P6203$P6304$P6405$P6506$P6607$P6708$P6809$P690A$P6A0B$P6BOC$P6COD$P6DOEData*****〃$P6EOFData*****〃〃*****EndOfMainMemory;//**StartOfMicroControllerData**//$M01006D43$M01006D43$M03107070$M04002405$M0504B201$M06002407$M07013201$M08106009$M09183001$M0A106010$MOB000001$MOC103001$MOD200601$MOE005341$MOFOOOOCB$M10280401$M11103001$M1206B201$M13002414$M1405B201$M15002416$M1601B201$M17002618$M18033201$MIB005341$M1C10101D$MID10608C$MIE10601F$MIF101020$M2010608C;PC->AR,PC加1;MEM->IR,P<1>;RS->B;A加B->RD;RS->B;A與B->RD;MEM->AR;IO->RD;MEM->AR;NOP;MEM->RD;RD->MEM;A->PC;NOP,P<3>;RS->IO;MEM->RD;A加1->RD;RS->B;A減B->RD;RS->B;A或B->RD;RS->B;A右環(huán)移-〉RD;A->PC;MEM->A;MEM->AR,P<2>;MEM->AR;MEM->A;MEM->AR,P<2>

$M28101029$M2900282A$M2A04E22B$M2B04928C$M28101029$M2900282A$M2A04E22B$M2B04928C$M2C10102D$M2D002C2E$M2E04E22F$M2F04928C$M30001604$M31001606$M32006D48$M33006D4A$M34003401$M35000035$M36006D51$M37001612$M38001613$M39001615$M3A001417$M3B000001$M3C006D5C$M3D006D5E$M3E006D68$M3F006D6C;A加B