复杂模型机设计实验

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。

二、 实验设备

TDN －CM ＋计算机组成原理教学实验系统。

三、 数据格式及指令系统

1. 数据格式

模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：

2.

模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。 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：

其中，OP －CODE 为操作码，rs 为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：

9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 2) 访存指令及转移指令

模型机设计2条访存指令――存数（STA ）和取数（LDA ），2条转移指令――无条件转移（JMP ）和结果为零或有进位转移指令（BZC ），这4条指令长度为

2个字节，其指令格式为：

其中，OP －CODE 为操作码，rd 为目的寄存器地址（LDA 、STA 指令使用）。D 为偏移量（正负均可），M 为寻址模式，其定义如下：

本模型机规定变址寄存器

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：

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。 4) 停机指令

指令格式如下：

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，访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，表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。

四、总体设计

本模型机的数据通路框图如图所示。

图1：数据通路图

根据机器指令系统的要求，设计微程序流程图及确定微地址如下：

图2：微程序流程图

根据流程图，确定如下微程序：

微程序：

$M00018108 $M0101ED82 $M0200C050 $M0300A004 $M0400E0A0 $M0500E006 $M0600A007 $M0700E0A0 $M0801ED8A $M0901ED8C $M0A00A03B $M0B018001 $M0C00203C $M0D00A00E $M0E01B60F $M0F95EA25 $M1001ED83 $M1101ED85 $M1201ED8D $M1301EDA6 $M14001001 $M15030401 $M16018016 $M173D9A01 $M18019201 $M1901A22A $M1A01B22C $M1B01A232 $M1C01A233 $M1D01A236 $M1E318237 $M1F318239 $M20009001 $M21028401 $M2205DB81 $M230180E4 $M24018001 $M2595AAA0 $M2600A027 $M2701BC28 $M2895EA29 $M2995AA0 $M2A01B42B $M2B959B41 $M2C01A42D $M2D65AB6E $M2E0D9A01 $M2F01AA30 $M300D8171 $M31959B41 $M32019A01 $M3301B435 $M3405DB81 $M35B99B41 $M360D9A01 $M37298838 $M38019801 $M3919883A $M3A019801 $M3B070A08 $M3C068A09

验证程序：

助记符机器码

IN 01, R0 $P0044

IN 01, R2 $P0146

ADC R2, R0 $P0298

MOV R0, R1 $P0381

RLC R1, R1 $P04F5

BZC 00, 00 $P050C

$P0600

五、实验步骤

1.按图连接实验线路

2.写入程序

1)手动写入

A.按如下步骤讲微代码写入微控器中的存储器2816中：

①将编程开关置为PROM（编程）状态。

②将实验板上“STA TE UNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”

状态。

③用二进制模拟开关置微地址MA5—MA0。

④在MK24－MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量置为“0”

时灯亮，开关量为“1”时灯灭。

⑤启动时序电路（按动启动按钮“START”），即将微代码写入到2816的相应地址对

应的单元中。

⑥重复①－⑤步骤，将所有的微代码写入2816中。

B.按如下步骤校验微代码

①将编程开关置为READ（校验）状态。

②将实验板上“STA TE UNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”

状态。

③用二进制模拟开关置微地址MA5—MA0。

④启动时序电路（按动启动按钮“START”），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PROM编程状态，重新执行③）即可。

C.按如下步骤使用KWE微程序进行机器指令程序的装入。

①使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。

②拨动总清开关CLR（0→1→0），微地址寄存器清零，程序计数器清零，然后使控制

台SWB、SW A开关置为“0 1”，并按动一次START，微地址显示灯显示“010001”。

③再按动一次START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的

机器指令。再按动两次START键后，即完成该条指令的写入，并且微地址显示灯