组成原理课设实验报告.docx
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组成原理课设实验报告
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
题目十五:
复杂模型机的组成与运行
姓名
学号
班级
10计科汉师范班
指导教师
侯宏霞
职称
日期
2013年7月8日
题目十五复杂模型机的组成与程序运行
一、实验要求：
基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统—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。
二、实验描述：
该实验通过从端口00H读入一个计数初值，计算该初值次数0A减2，最后输出结果。
例如：
输入初值11H，计算3次10-2，输出结果：
04。
三、实验设备：
西安唐都科教仪器公司生产的TD-CMA实验系统一套，PC机一台，数据连接导线若干电源。
四、实验原理：
1．数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为８位，8位全用来表示数据（最高位不表示符号），数值表示范围是：
0≤X≤28－1。
2．指令设计
模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。
运算类指令包含三种运算，算术运算、逻辑运算和移位运算，设计有6条运算类指令，分别为：
ADD、AND、INC、SUB、OR、RR，所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址。
控制转移类指令有三条HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中HLT为单字节指令，JMP和BZC为双字节指令。
数据传送类指令有IN、OUT、MOV、LDI、LAD、STA共6条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器和存储器之间的数据交换，除MOV指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。
A、算术逻辑运算指令格式如下格式如下
7654
32
10
操作码
RS
RD
其中RS为源操作数寄存器，RD为目的操作数寄存器。
并且规定了用两位二进制数来表示R0、R1、R2、R3寄存器，规定其表示方式如下表所示：
RS或RD
对应的寄存器
00
R0
01
R1
10
R2
11
R3
B、I/O指令格式（IN和OUT指令）如下
7654
（1）
32
（1）
10
（1）
76543210
（2）
操作码
RS
RD
I/O端口号
其中括号中的1表示指令的第一字节，2表示指令的第二字节，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，I/O端口号占用一个字节。
C、访问指令及控制转移指令格式如下：
a、LDI的指令格式如下，第一字节同前一样，第二字节为立即数。
7654
（1）
32
（1）
10
（1）
76543210
（2）
操作码
RS
RD
Data
b、LAD、STA、JMP和BZC指令格式如下表所示：
7654
（1）
32
（1）
10
（1）
76543210
（2）
操作码
M
RD
D
其中M为寻址模式，具体见表3-1-1所示，以R2做为变址寄存器RI。
表3.1.1寻址模式说明表
寻址模式M
有效地址E
说明
00
E=D
直接寻址
01
E=（D）
间接寻址
10
E=（RI）+D
RI变址寻址
11
E=（PC）+D
相对寻址
D、停机指令格式如下
7654
32
10
操作码
**
**
E、24位微指令格式：
23
22
21
20
19
18-15
14-12
11-9
8-6
5-0
M32
CN
WR
RD
IOM
S3-S0
A字段
B字段
C字段
UA5-UA0
F、指令描述
表3.1.2指令描述
3.实验电路图：
4．机器指令代码：
$P0020;START:
INR0,00H从IN单元读入计数初值
$P0100
$P0261;LDIR1,0FH立即数0FH送R1
$P030F
$P0414;ANDR0,R1得到R0低四位
$P0561;LDIR1,0AH装入初值0AH
$P060A
$P07F0;BZCRESULT计数值为0则跳转
$P0816
$P0962;LDIR2,60H读入数据始地址
$P0A60
$P0BCB;LOOP:
LADR3,[RI],00H从MEM读入数据送R3，变址寻址，偏移量为00H
$P0C00
$P0D8D;SUBR1,R3
$P0E72;INCRI变址寄存加1，指向下一数据
$P0F63;LDIR3,01H装入比较值
$P1001
$P118C;SUBR0,R3
$P12F0;BZCRESULT相减为0，表示计算完毕
$P1316
$P14E0;JMPLOOP未完则继续
$P150B
$P16D1;RESULT:
STA70H,R1差存于MEM的70H单元
$P1770
$P1834;OUT40H,R1差在OUT单元显示
$P1940
$P1AE0;JMPSTART跳转至START
$P1B00
$P1C50;HLT停机
$P6002;数据
$P6102
$P6202
$P6302
5.微指令代码：
;//*****EndOfMainMemoryData*****//
$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
$M1206B201;A加1->RD
$M13002414;RS->B
$M1405B201;A减B->RD
$M15002416;RS->B
$M1601B201;A或B->RD
$M17002418;RS->B
$M1802B201;A右环移->RD
$M1B005341;A->PC
$M1C10101D;MEM->A
$M1D10608C;MEM->AR,P<2>
$M1E10601F;MEM->AR
$M1F101020;MEM->A
$M2010608C;MEM->AR,P<2>
$M28101029;MEM->A
$M2900282A;RI->B
$M2A04E22B;A加B->AR
$M2B04928C;A加B->A,P<2>
$M2C10102D;MEM->A
$M2D002C2E;PC->B
$M2E04E22F;A加B->AR
$M2F04928C;A加B->A,P<2>
$M30001604;RD->A
$M31001606;RD->A
$M32006D48;PC->AR,PC加1
$M33006D4A;PC->AR,PC加1
$M34003401;RS->RD
$M35000035;NOP
$M36006D51;PC->AR,PC加1
$M37001612;RD->A
$M38001613;RD->A
$M39001615;RD->A
$M3A001617;RD->A
$M3B000001;NOP
$M3C006D5C;PC->AR,PC加1
$M3D006D5E;PC->AR,PC加1
$M3E006D68;PC->AR,PC加1
$M3F006D6C;PC->AR,PC加1
6.实验截图：
7．实验流程图：
8.二进制代码表:
五、实验心得：
通过本次课程设计，我对计算机的基本组成、工作原理，以及他们之间的通信方式，微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制、调试以及执行等过程在理论的基础上面有了更加深刻的理解，并加深了对理论课程的理解。
加深了对实验原理的认识。
本实验主要运用的原理是微程序控制的控制器工作原理。
计算机所识别的全部指令都是由微指令组成的微程序，指令的执行是通过来执行相应的微程序来完成的。
实验中将所要求的所有指令变成对应的微程序，写入控制存储器中，以后在执行用户程序的过程中，每次都先从内存储器中取出一条机器指令，其解释执行过程都是从控制存储器中读出相应的微程序，执行每条微指令的过程。
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