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1、计算机硬件课程设计一基于微程序的复杂模型机设计一、 实验题目：设计一台有微程序限制的8位模型机,指令系统要求到达10条指令以上.二、实验目的：(1)在掌握部件单元电路实验的根底上,进一步将其组成系统,构造一 台复杂模型计算机,建立一台根本完整的整机.(2)为其定义至少十条机器指令,并编写相应的微程序,通过联机调试, 观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路 内数据的流动情况,进一步掌握整机概念.三、实验设备：TDN-CM徽学实验系统一套、PC微机一台四、实验原理与指令设计：(1)实验原理：数据格式模型机规定数据采用定点整数补码表示,字长为8位,其格式如下:76 5 4
2、3 2 1符号尾数其中,第7位为符号位,数值表示范围是27 WX221机器指令格式单字节指令寻址方式采用存放器直接寻址,其格式如下：7 6 5 43 21 0OP- CODERSRD双字节指令采用直接寻址,其格式如下7 6 5 43 21 07 6 5 4 3 2 1 0OP- CODERSRDADDR其中,OP CODE为操作码,RS为源存放器,RD为目标存放器,并规定:RS或 RD选定的存放器00R001R110R2微指令格式:24232221201918-1615-1312-109-76-1S3S2S1S0MCnWE,A9,A8A字段B字段C字段UA5-UA0其中,A、B、C三个字段的编
3、码方案如下表:A字段疗段中段15 14 13选择12 11 10选择9 8 7选择000NOP000NOP000NOP001LDRi001RS-B001P010LDDR1010BD-B010P011LDDR2011RI-B011P100LDIR100299-B100P101LOAD101ALU-B101AR110LDAR110PC-B110LDPCWE,A9,A8三个字段编码方案如下:WEA9A8功能000INPUT001RAMS101RAMW110LED写011无010读接口运算器逻辑功能表S3 S2 SL SO/术运W)凶=理的M羽JCii=O*f进位)ODDOF-AF-A 加 1r 一二
4、工000 1F=A-BFA+Bltrti IF=A-B00 10F=A-BF=(A+B)tn IF=AB00 11F=0 K 1r=oF=00 100F-A 地.Bf-a tn ab iFAB0 10 1F-AE加玲F=A3 加a*1F=B0 110T=A At B at 1F=A M BF=A + B0 111F=AB 温 1F=ABF=A610 00F=A 和 ABF-A m AB 为口 IfUb100 1FT加EF-A tU日加110 10F=AB 加A用)F=AB加俗+B)加1F=B10 11F=AB M 1F=ABF=AB1 I DOf=A 加 AF=A MJ A 加 1F=1110
5、 1F-A 加 CA+H)F-A tn(A + B)jtjfl Ir-A RdMOV Rs,Rd0001 RsRdRs-RdMOV Rd,X0010xxRdXX-RdLOAD Rd,X0011 xxRdXX-RdADD Rs,Rd0100 RsRdRs+Rd-RdSUB Rd,X0101 xxRd XRd-X-RdJZ X0110 xxxx X假设 ZF=1,X-PC假设 ZF=0,PC+1-PCJMP X0111 xxxx XX-pcOUT Rs1000 RsxxRs-outputSTOR Rs,X1001 Rsxx XRs-X机器指令的微操作流程图如下运行微程序101(3)代码编制:指令代
6、码：机器指令：IN R000MOV R0,R212MOV R1,021 00NEXT1: LOAD R0,5038 50ADD R0,R141SUB R2,152 01JZ NEXT260 0DJMP NEXT170 04NEXT2: OUT R080STOR R1,4090 40代码文件名为test.txt,其内容如下:$P0000 ;IN R0$P0112 ; MOV R0,R2$P0221 ; MOV R1,0$P0300$P0438 ; LOAD R0,50$P0550$P0641 ; ADD R0,R1$P0752 ; SUB R2,1$P0801$P0960 ; JZ NEXT2$
7、P0A0D$P0B70 ; JMP NEXT1$P0C04$P0D80 ; OUT R0$P0E90$P0F40 ; STOR R1,40 $M00018001 ; 00-01$M0101ED82 ; PC-AR,PC+1$M0200C050 ; RAM-BUS,BUSIR$M10001001 ; INPUT-R0$M11019201 ; RS-RD$M1201ED83 ; PC-AR,PC+1$M03009001 ; RAM-BUS,BUS-R1$M1301ED84 ;PC-AR,PC+1$M0400A005 ;RAM-BUS,BUS-DR1$M0501B206 ; RS-DR2$M0695
8、EB47 ;DR1+DR2-AR$M07009001 ;RAM-BUS,BUS-RD$M1401A408$M0801B209$M09959B41$M1501ED8A $M0A00B00B$M0B01A40C$M0C619B41RS-DR1RD-DR2 DR1+DR2-RD;PC-AR PC+1-PC;RAM-BUS BUS-DR1;RD-DR2;DR1-DR2-RD$M1601ED8D ; PC-AR PC+1-PC$M0D00D0E0 ; RAMBUS,BUSPC,P(3)$M3000D181 ; RAM-BUS BUS-RD$M20018001 ;空操作 $M1701ED8E ; PC-A
9、R PC+1-PC $M0E00D181 ; RAM-BUS BUS-PC$M18030201 ; R0-OUTPUT$M1901EDB1 ; PC-AR PC+1-PC $M3100E032 ; RAM-BUS BUS-AR $M32028201 ; RS-BUS BUS-RAM五、实验步骤：(1)根据下列图,在实验联接器件.(2)翻开唐都CMP仪器.(3)测试连线情况,并修正.(4)连线通过后装载huang.txt文件.(5)翻开通路图,开始单步运行观察实验结果Wj-R unittJVS UMTB7 ? AUJJSJALU UNITbFATkXITLDWI LDDR?Al.U H JW-f
10、tARMiCRarovraoLuflPC-Bu)rc脏LDAlt W)APMlfrMI7 L3M淅7 IFTT4T3TiTlWEIJ2JII1) Flpl/plCNilLDWiQ ldoaQ ALL BO-2W -AR CPoddLDAR B7LOAD AtM)Rf-55LNrTI-XT Hlft *:一翳-qcnlog usrris* rrcH uxrr-n sw8Hj SWAJ4l、S UNITin8- 加 rJnit仁LDtKnO：An7 ii-i*iitKMJTSB BoLDPC D口 *里：swjjiDo B QMA1 MI M CE n一| F (.ED B D-U DO 林逑口O
11、UnUT DtiVK li六、实验结果:引欢送使用唐都仪叁TDK Yi1笈朵根生机数据通路Bl二)文传(E)编管0 i(y) *n(e)fHI(Q)运行 渡形(G iiI) )口豆区13 00西013 II *上 93 汴种！812218385041戈 3eog70CM809040lwIIZsmwFI3CAnlFT 80188045068 809OAOB3 g0zB10n1213Ml$gl?!819u1 TEU军黑指令u M令二文传(E)编管0 5(y) *口 (6) fHI(Q) 7fi)渡彩(G设量名口(出)制出H)口njsQ 00 s is | * 2 e洋种!U三爨指令u M令2423222120191617U151413121110961654321Ad,S3S2SISOMCnA9A8ABCuA$uMuA3uA2uAluAD000031r o00000011110110110000010Jj .出七、实验总结: