模型机实验报告范本模板文档格式.docx
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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
R0
R1
R2
（2）访问指令及转移指令
访问指令有2条，即存数（STA）、取数（LDA）;
2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式为:
76
54
M
D
其中，OP—CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（用于LDA、STA指令）.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
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
在本模型机中规定变址寄存器RI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:
7654
OP-CODE
addr
其中,addr=01时选中“INPUTDEVICE”中的键盘输入设备，addr=10时，选中“OUTPUTDEVICE”中的LCD点阵液晶屏作为输出设备.
（4）停机指令
指令格式如下：
3．指令系统
共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7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.各条指令的格式、汇编符号、功能如表7—1所示。
助记符号
指令格式
功能
CLRrd
MOVrs，rd
ADCrs，rd
SBCrs，rd
INCrd
ANDrs，rd
COMrd
RRCrs，rd
RLCrs，rd
0111
0→rd
1000
rs→rd
1001
rs+rd+cy→rd
1010
rs–rd–cy→rd
1011
rd+1→rd
1100
rs∧rd→rd
1101
→rd
1110
1111
LDAM，D，rd
STAM，D,rd
JMPM，D
BZCM,D
E→rs
rd→E
E→PC
当CY=1或Z=1时，
INaddr，rd
OUTaddr，rd
0100
addr→rd
0101
rd→addr
HALT
0110
停机
本模型机的数据通路框图如图7-1.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7-2.
图7-2微程序流程图
五、实验内容：
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。
微代码定义如表7-1所示。
24
23
22
21
20
19
18
17
16
151413
121110
987
6
5
4
3
2
1
S3
S2
S1
S0
Cn
WE
A9
A8
A
B
C
uA5
uA4
uA3
uA2
uA1
uA0
微程序
六、实验框图设计：
模型机设计主要是包括:
控制器、存储器、运算器、输入、输出。
主要的设计是SE—5是根据FC，FZ，T4，P[4.。
1］,SWA,SWB，I［7。
.2]来控制输出的SE[1..6]，控制地址的跳转。
当SE输出0时Q输出1，当SE输出1时,Q输出D;
SE-5：
（SE6—1）：
在波形图中实现跳转的时候,会出现如图：
刚开始对此变化不理解，自习观察SE6-1时，SE[6..1]作为控制端，SE为1时Q输出D，SE为0时Q输出1，达到跳转的功能，但是还隐含一个细节是：
在SE有0的时候，SE不用T2的时钟触发，地址会直接会发生跳转，所以会出现如图微地址由20直接跳到31。
1和3：
移位寄存器：
SHEFT和控制移位器的进位：
说明:
移位寄存器的M位有M［20］来控制，S［1..0］由M[22。
.21]来控制,控制进位由SHE_C0来控制，假设上次的移位器有进位,那么上次的SHEFT_CN输出1,在控制移位器进位的器件上,当需要进位时，即：
AR=1,（通过观察微指令开看AR进位时才选中）那么会有进位，此时在下一次带进位的移位时,SHE_C0=1；
2。
控制ALU进位的器件:
说明：
在此器件中，AR为控制端，上次的进位溢出位FC连到D0上M［19]与Q非的或,连接到ALU_CN,当M[19]=1时表示不带进位的运算，那么ALU_CN的结果肯定是1，在下次运算时肯定是不带进位的运算。
当M[19］=0，时，表示运算器运算是带进位的运算，若上次的运算FC=1，若选中AR则，表示本次的运算时带进位的运算，则在T2周期时，Q=1，那么ALU_CN的输出是0，将结果输入到ALU的进位控制端，控制本次的进位运算。
4．通过编程控制可编码寄存器的选择：
.
内部结构:
这是通过两个2-4译码器组合而成的选择器，根据decoder_b产生的控制信号，并且在编程时编写的
I0-—I3指令来控制,RS，RD，RI.寄存器的选择。
为了方便起见，在实验过程中用一一对应的实现：
R0→RS；
R1→RD;
R2→RI;
七、程序表设计:
实验程序如下:
根据框图的设计以及书中的指令系统功能表，在编码的时候考虑到的情况主要是用指令指定哪个寄存器，以及在实现LDA，STA，JMP，BZC，是选用的哪种寻址方式，为了全面的测试框图实现功能的正确性，在设计程序流程的时候所有的功能,以及所有的寻址方式都用到了,下面就是我设计的实验程序：
地址
数据
16进制表示
助记符
01000001
41
IN：
SW->
RD（27）
01000000
40
IN:
RS（26）
02
10100001
A1
SBC:
（RD—RS）=〉RD
03
01011001
59
OUT：
RD=>
LED
04
10010001
91
ADC：
（RD+RS）=>
RD
05
06
10110001
B1
INC:
RD+1=>
07
OUT:
08
11000001
C1
AND：
（RD）AND（RS）=〉RD
09
0A
11010001
D1
COM:
RD取反=〉RD
0B
0C
11100001
E1
RRC:
将RS中的数循环左移
0D
RD=〉LED
0E
11110001
F1
RLC：
将RS中的数循环右移
0F
10000001
81
MOV:
RS—〉RD
11
12
01000010
42
SW=>
RI（存入的数：
10H）
13
00000001
LDA:
RAM=〉RD
14
00011110
1E
把1E里的数送到RD中
15
00010101
STA：
RAM
00011111
1F
将RD中的数存到1F的地址中去
00101010
2A
JMP：
00010001
在变址寻址中用到（10H+11H）
00111101
3D
BZC：
1A
00000011
没有用到
1B
01100000
60
HALT:
停机指令
1C
00000000
没有用到
1D
00001111
在执行LDA是会用到0F
在执行STA时会存到此地址
在执行LDA存到此位置
OUT
读出RD中的数
JMP:
跳回到断点位置
00001001
执行JMP时用到此数
将设计好的程序表写入到内存中,然后读内存，然后执行程序.
七、实验过程分析:
模型机过程分析：
1.首先在ROM中已经存入了微代码,这里,在实验中发现35是错误的，正确的应该是:
01A426，这是通过
实验验证的。
在SE-5的控制下，产生SE信号，控制微代码的后六位是否发生改变,从而判定是否发生跳
转，产生的微地址送到uaddr中，指示到下一条的指令。
2.每一条微代码，通过decodera，decoderb,decoderc，decoder2-4产生相应的控制信号，在观察了四个器
件的的内部结构后，得出decodera选中的信号是输出1，得出decoderb选中的信号是输出0，得出
decoderc选中的信号是输出1，decoder2-4输出0，这样在结合74148优先权编码器后才能完整的控制总
线以及相应的输出。
3.reg_3是可编程寄存器,利用指令可以选用不同的寄存器，在此模型机自己设计了一个DECODERREG部件
通过，RD_B，RD_B,RD_B，以及I3—I0来控制选用相应的寄存器。
R0→RS;
R1→RD；
R2→RI；
4.在微程序流程图中在进行相对寻址时框图47是错误的应该是:
PC→BUS,BUS→DR2;
波形图分析：
1.开始执行程序，执行指令是40,执行的是IN指令，将27存入了指定的寄存器RD.
为编程方便用I0，I1,I2,I3,来控制选取:
此时指令是：
40，将26存入RS：
3.指令：
A1：
（RD-RS）=27—26=01，将结果存入RD中。
4。
将RD中的结果输出到led中显示：
此时的指令是（OUT：
59）。
5。
执行ADC（91）指令：
（ＲＳ＋ＲＤ）＝（２６＋０１）＝２７存入ＲＤ中：
６。
执行OUT指令，将ＲＤ中的结果输出：
７．执行INC指令，并将加１的结果输出到ｌｅｄ中：
８。
执行AND（C1）指令，（RD）AND（RS）=（28AND26）=20，然后执行OUT（59）指令,并将结果输出到led中显示:
9。
执行COM取反指令，RD中的值是20取反后为DF，并执行OUT指令后在led中显示：
10.执行RRC指令，RS中值是26循环右移后的结果是13，并执行OUT指令，在led中显示：
11.执行RLC指令,将RS中的26循环左移后的结果是4C并将结果在led中显示：
12。
执行MOV指令（RS-〉RD）=26,并执行OUT指令，在led中显示：
13.先执行IN指令（01000010）,将10存入到指定的RI寄存器中，然后执行LDA指令，将指令中的0F存入到RD中。
14.通过间接寻址方式执行STA（15）存数指令,将RD中的0F存入到RAM中：
15。
通过变址寻址方式执行JMP指令,跳到21执行OUT指令，读出LDA中RD中的数：
16.执行OUT指令，将RD中的数读出来，然后执行JMP指令跳回到断点地址继续执行。
17。
通过相对寻址方式，执行BZC指令：
在PC值为1A时将PC送到AR，此时RAM里的值是03H，并送入DR1,在执行完微地址为23后，PC的值变为1B，将1BH送入DR2中,03H与1BH相加，相加后FC与FZ的值都不为1，所以在进行P（3）测试后跳到了44。
八、实验结果中遇到的问题：
实验结果中遇到的问题：
在刚开始的时候，在看流程图时，在刚开始的时候，明白微地址的跳转是如何实现的，但是每个框图的具体实现却搞得不是很明白，在看明白了decodea，decodeb,decodec，和74148以及reg_3的内部结构,才明白了具体的电路,以及最终的信号输出的正负，如何控制总线的选择，在不同的时钟周期，实现不同的功能。
在复杂的模型机设计的时候，对于可编码寄存器的选择,以及ALU以及SHEFT的进位控制端的控制信号的实现.在设计程序表的时候花的时间比较多，对于实现JMP跳转的时候，对于它的跳转煞费苦心，要实现原来书本中提到的断点跳转功能。
九、实验体会：
通过模型机的实验，对于计算机五大部件的协同工作，以及微命令的产生和控制信号的控制的具体实现，在实验中遇到困难和问题时与队友惊醒商量，互相提出方案，设计部件,实现要得到的功能。
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