简单模型机的组成与程序运行计算机组成原理实验报告.docx
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简单模型机的组成与程序运行计算机组成原理实验报告
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院
《计算机组成原理》
课程设计报告
题目:
_____简单模型机的组成与程序运行_____________
姓名
学号
班级
指导教师
孟昭进
日期
2011-7-14
1任务描述
设计题目名称：
简单模型机的组成与程序运行
要求：
基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个简单的计算机整机系统—模型机，分析其工作原理。
根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。
INR0；IN->R0
SUB0DH；R0-[0DH]->R0，直接寻址
SHLR0；将R0寄存器中的内容逻辑左移
STA0EH，R0；R0->[0EH]，直接寻址
LDA0FH，R0；0FH]->R0，直接寻址
LOP:
DECR0；R0-1->R0
BZCEXIT；当FC或FZ为1时，转到EXIT
JMPLOP
EXIT:
OUT0EH，R0；[0EH]->LED，直接寻址
0DH、0EH、0FH单元内容分别为03H、04H、02H。
2设计设备
PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
3设计原理和方法
3.1设计原理
3.1.1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：
7
6543210
符号
尾数
其中第七位为符号位，数值表示范围是：
-1≤X＜1
3.1.2指令格式
所有单字节指令（SUB等）格式如下：
7654
32
10
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
11
R0
R1
R2
R3
本实验的输入IN指令和OUT指令采用单字节指令，其格式如下：
7654
（1）
32
（1）
10
（1）
OP-CODE
RS
RD
本实验中的两个访问指令，即存数STA，一条转移指令，即无条件转移指令JMP，指令格式如下：
7654
（1）
32
（1）
10
（1）
7-0
（2）
OP-CODE
M
RD
D
其中OP-CODE为操作码，RD为目的寄存器地址（STA、LDA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
3.1.3指令系统
本实验共有10条基本指令，其中算术指令有2条（DEC、SUB），访问内存指令和程序控制指令7条，输入指令1条。
3.２按微指令格式，参照微程序流程图将每条微指令代码化，译成二进制微代码。
系统涉及到的微程序流程见图3-1-4所示，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试
字段为P<1>测试。
由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P<1>的测试结果出现多路分支。
微程序流程图3-1-4
微指令字长共24位，格式如下：
23
22
21
20
19
18-15
14-12
11-9
8-6
5-0
M23
M22
WR
RD
IOM
S3-S0
A字段
B字段
C字段
MA5-MA0
A字段
B字段
C字段
141312
选择
11109
选择
876
选择
000
NOP
000
NOP
000
NOP
001
LDA
001
ALU-B
001
P
（1）
010
LDB
010
R0_B
010
保留
011
LDR0
011
保留
011
保留
100
保留
100
保留
100
保留
101
LOAD
101
保留
101
LDPC
110
LDAR
110
PC_B
110
P（4）
111
LDIR
111
保留
111
保留
运算器逻辑功能表：
运算类型
S3S2S1S0
CN
功能
逻辑运算
0000
0001
0010
0011
0100
x
x
x
x
x
F=A（直通）
F=B（直通）
F=AB（直通）
F=/AA+B（直通）
F=/A（直通）
移位运算
0101
0110
0111
x
0
1
0
1
F=A不带进位循环右移B（取低3位）位（FZ）
F=A逻辑右移一位（FZ）
F=A带进位循环右移一位（FC，FZ）
F=A逻辑左移一位（FZ）
F=A带进位循环左移一位（FC，FZ）
算术运算
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
x
x
x
x
x
x
x
x
置FC=CN（FC）
F=A加B（FC，FZ）
F=A加B加FC（FC，FZ）
F=A减B（FC，FZ）
F=A减1（FC，FZ）
F=A加1（FC，FZ）
（保留）
（保留）
4代码清单
4.1机器指令代码
;//**StartOfMicroControllerData**//
;//**其中地址和微指令均为十六进制**//
;//地址微指令操作***********//
$P0020;START:
INR0,00H从IN单元读入数据送R0
$P0100
$P0284;SUBR0,R1R0-R1->R0
$P03A0;LLR0,R0R0LEFTMOVE->R0
$p04D0;STA[0EH],R0R0->E
$P052E
$P06C0;LAD000FR0
$P072F
$P0870;DECR0
$P09F0;BZC11,02H
$P0A0D
$P0BE0;JMP00,08H
$P0C08
$P0DC0;OUTOEH,R0
$P0E2E
$P0F30;
$P1040;
$P1150;
$P1250;
$P1350;
$P2F02;
;//*****EndOfMainMemoryData*****//
4.2化简后的微程序代码
;//**StartOfMicroControllerData**//
;//**其中地址和微指令均为十六进制**//
;//地址微指令操作***********//
$M00000001;NOP
$M01006D43;PC->AR,PC加1
$M03107070;MEM->IR,P<1>
$M04002405;RS->B
$M0504B201;A加B->RD
$M06002407;RS->B
$M07013201;A与B->RD
$M08106009;MEM->AR
$M09183001;IO->RD
$M0A106010;MEM->AR
$M0B000001;NOP
$M0C103001;MEM->RD
$M0D200601;RD->MEM
$M0E005341;A->PC
$M0F0000CB;NOP,P<3>
$M10280401;RS->IO
$M11103001;MEM->RD
$M12063201;A加1->RD
$M13002414;RS->B
$M1405B201;A减B->RD
$M15002416;RS->B
$M1601B201;A或B->RD
$M17002418;RS->B
$M1803B201;A右环移->RD
$M1B005341;A->PC
;//**EndOfMicroControllerData**//
5设计运行结果分析
５.１出错情况：
IN的初始值为00，所以将00赋值给R0，寄存器B为随机数，与实验要求不符；
逻辑左移没有实现，所得结果不正确；
JMP指令的跳转没有实现，微指令没问题；
５.２出错原因：
忘记给地址0DH赋值；
微指令流程图有问题，经过改正运行通过；
经过检查和同学的讨论及老师的指导，有了改善，但仍需调整。
５.３运行结果例子：
实现指令INR0,00H的截屏如下：
初始状态：
6设计小结（即收获和体会）
通过本次课程设计了解了简单模型机的结构及其原理，通过给定的机器指令，基于计算机组成及工作原理的基础上，确定了模型机的数据通路结构，根据机器指令和微指令的译码情况，设计了机器指令格式和微指令格式。
虽然最后的结果不是很理想，未能完全将其功能实现，但对简单模型机有了一定的了解。
通过本次课程设计体会到团队合作的重要性，在做实验的过程中细心和耐心也是非常重要的。
还让我相信，只要自己在每一次实践中都能仔细思考，课程设计其实都不会很难,关键在于自己能不能认真思考,能不能亲自动手做实验，而不是想着其他人的劳动果实,其次你还要多操作,只有多操作才能从中发现问题,才能及时向老师和同学请教,解决问题,从而更好的掌握书本中知识。
还有通过这次实践也让我懂得了:
学校安排课程设计目的不在于你做了多少,不在于你做得好不好,关键在于你能否认真去对待,在于你能否通过这次设计对课本上知识有了更深刻的认识,在于能否从中学到书本上学不到的知识。
因此，我会认真地对待我的每一次实验。
最后感谢老师的指导。
附录
实验电路连接图：
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