《計算機(jī)組成原理》課程設(shè)計---復(fù)雜模型機(jī)的組成與程序運行

1、<p>　　內(nèi)蒙古師范大學(xué)計算機(jī)與信息工程學(xué)院</p><p><b>　　《計算機(jī)組成原理》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題目:復(fù)雜模型機(jī)的組成與程序運行</p><p><b>　　1 任務(wù)描述 </b></

2、p><p>　　設(shè)計題目名稱:復(fù)雜模型機(jī)的組成與程序運行</p><p>　　要求:綜合運用所學(xué)計算機(jī)組成原理知識，設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的計算機(jī)</p><p><b>　　2 設(shè)計設(shè)備</b></p><p>　　PC機(jī)一臺，TD-CMA實驗系統(tǒng)一套</p><p><b>　　3 設(shè)計原理

3、和方法</b></p><p><b>　　3.1 數(shù)據(jù)格式</b></p><p>　　模擬機(jī)采用定點補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長8位，8位全用來表示數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3.2 指令設(shè)計</b></p><p>　　模擬機(jī)設(shè)計三大類指令共十五條，其中包括運算類指令，控制轉(zhuǎn)移

4、類指令，數(shù)據(jù)傳送類指令。運算類指令包含三種運算，算術(shù)運算、邏輯運算和移位運算、設(shè)計有6條運算指令，分別為；ADD、AND、INC、SUB、OR、RR，所有運算類指令都為單字節(jié)，尋址方式采用寄存器直接尋址，控制轉(zhuǎn)移類指令有三條HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和轉(zhuǎn)移，其中HLT為單字節(jié)指令，JMP和BZC為雙字節(jié)指令。數(shù)據(jù)傳送類指令有IN、OUT、MOV、LDI、LAD、STA共六條，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器

5、好人存儲器之間的數(shù)據(jù)交換，除MOV指令為單字節(jié)指令外，其余均為雙字節(jié)指令。</p><p><b>　　3.3 指令格式</b></p><p>　　所有單字節(jié)指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT 和 MOV）格式如下：</p><p>　　其中，OP-CODE為操作碼，RS 為源寄存器， RD為目的寄存器，并規(guī)定：<

6、/p><p>　　IN和OUT的指令格式為：</p><p>　　其中括號中的1表示指令的第一字節(jié)，2表示指令的第二字節(jié)，OP-CODE為操作碼，RS 為源寄存器， RD為目的寄存器，P為I/O端口號，占用一個字節(jié)。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計五種數(shù)據(jù)尋址方式，即立即、直接、間接、變址和相對尋址，LDI指令為立即尋址，LAD、STA、JMP和BZC指令均具備直接、間接

7、、變址和相對尋址能力。</p><p>　　LDI的指令格式如下，第一字節(jié)同前一樣，第二字節(jié)為立即數(shù)：</p><p>　　LAD、STA、JMP和BZC指令格式如下：</p><p>　　其中M為尋址模式，具體見表如下，以R2作為變址寄存器RI。</p><p><b>　　3.4 指令系統(tǒng)</b></p>

8、<p>　　本模型機(jī)共有 有基本指令，下面列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。</p><p><b>　　指令描述</b></p><p><b>　　3.5 總體設(shè)計</b></p><p>　　模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖</p><p>　　根據(jù)機(jī)器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計微程序流程

9、圖及確定微地址，如圖所示。</p><p>　　按照系統(tǒng)建議的微指令格式，見表，參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表，見表，并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)化為聯(lián)機(jī)操作時的十六進(jìn)制格式文件。</p><p><b>　　表 微指令格式</b></p><p>　　A字段 B字段

10、 C字段</p><p><b>　　微程序流程圖</b></p><p><b>　　實驗接線圖</b></p><p>　　根據(jù)要求可以得到如下程序，地址和內(nèi)容均為二進(jìn)制數(shù)。</p><p><b>　　4 代碼清單 </b></p>

11、<p>　　INR1，00H ；從端口00（IN 單元）讀入數(shù)據(jù)送R1</p><p>　　LDIR2，0FH ；將立即數(shù)0FH裝入R2</p><p>　　AND R1，R2；R1*R2 -> R1</p><p>　　STA01，[10H]，R1；R1->[[10H]]，間接尋址</

12、p><p>　　OUT40H，R1 ；10H單元的內(nèi)容在OUT 單元顯示，直接尋址</p><p>　　DEC12H；12H單元內(nèi)容減1，直接尋址</p><p>　　LOP:BZCEXIT</p><p><b>　　JMPLOP</b></p><p><

13、b>　　EXIT:HLT</b></p><p>　　$P 00 21 ; START: IN R1,00H 從IN 單元讀入計數(shù)初值</p><p><b>　　$P 01 00</b></p><p>　　$P 02 62 ; LDI R2,0FH 立即數(shù)0FH 送R2</p><p><b

14、>　　$P 03 0F</b></p><p>　　$P 04 19 ; AND R1,R2 </p><p>　　$P 05 D5 ; STA 01,[10H],R1 R1->[[10H]]，間接尋址</p><p><b>　　$P 06 10</b></p><p>　　$P 07 C0

15、; LAD 10H,R0 </p><p><b>　　$P 08 10</b></p><p>　　$P 09 30 ; OUT 40H,R0</p><p><b>　　$P 0A 40 </b></p><p>　　$P 0B C3 ; LAD 12H,R3</p><p&

16、gt;<b>　　$P 0C 12 </b></p><p>　　$P 0D 62 ; LDI R2,01H</p><p><b>　　$P 0E 01 </b></p><p>　　$P 0F 8B ; LOP SUB R3,R2</p><p>　　$P 10 F0 ; BZC,EXIT<

17、;/p><p><b>　　$P 11 14 </b></p><p>　　$P 12 E0 ; JMP LOP</p><p>　　$P 13 0F ; </p><p>　　$P 14 50 ; EXIT:HCT</p><p>　　$P 10 12 ; 數(shù)據(jù)</p><p&g

18、t;<b>　　$P 12 03</b></p><p>　　; //** Start Of MicroController Data **//</p><p>　　$M 00 000001 ; NOP</p><p>　　$M 01 006D43 ; PC->AR, PC 加1</p><p>　　$M 03 1

19、07070 ; MEM->IR, P<1></p><p>　　$M 06 002407 ; RS->B</p><p>　　$M 07 013201 ; A 與B->RD</p><p>　　$M 08 106009 ; MEM->AR</p><p>　　$M 09 183001 ; IO->RD

20、</p><p>　　$M 0A 106010 ; MEM->AR</p><p>　　$M 10 280401 ; RS->IO</p><p>　　$M 11 103001 ; MEM->RD</p><p>　　$M 0C 103001 ; MEM->AR</p><p>　　$M 0D

21、200601 ; RS->IO</p><p>　　$M 0E 005341 ; MEM->RD</p><p>　　$M 13 002414 ; RS->B</p><p>　　$M 14 05B201 ; A 減B->RD</p><p>　　$M 1C 10101D ; RS->IO</p>

22、<p>　　$M 1D 10608E ; MEM->RD</p><p>　　$M 1E 10601F ; RS->B</p><p>　　$M 1F 101020 ; A 減B->RD</p><p>　　$M 20 10608D ; A 減B->RD</p><p>　　$M 31 001606 ; RD

23、->A</p><p>　　$M 32 006D48 ; PC->AR, PC 加1</p><p>　　$M 33 006D4A ; PC->AR, PC 加1</p><p>　　$M 35 000035 ; NOP</p><p>　　$M 36 006D51 ; PC->AR, PC 加1</p>

24、<p>　　$M 3C 006D5C ; NOP</p><p>　　$M 3D 006D5E ; PC->AR, PC 加1</p><p>　　$M 38 001613 ; RD->A</p><p>　　5 設(shè)計運行結(jié)果分析</p><p><b>　　錯誤分析:</b></p>

25、<p>　　首先，沒有對其置數(shù)，使得結(jié)果一直為零，其次是沒有對其進(jìn)行清零，使得程序在運行過程中數(shù)據(jù)錯亂，之后代碼寫錯，一個是錄入錯誤，由于馬虎所致，在一個就是代碼進(jìn)行編錯，尤其在【10H】那塊，最后在OUT40H，10H 中用R1代替了10H。并且刪除STA01，[10H]，R1，在整個過程中，DEC并沒有給出相應(yīng)的自減操作碼，最終是用別的運算功能代替的。在運行的過程中，有一段時間，程序一直循環(huán)一挑指令，最后清零之后

26、，重啟好了。</p><p><b>　　截屏：（NOP）</b></p><p><b>　?。↖N指令）</b></p><p><b>　?。∣UT顯示）</b></p><p><b>　?。℉LT指令）</b></p><p&

27、gt;　　6 設(shè)計小結(jié)（即收獲和體會）</p><p>　　對于本次的實驗，個人覺得沒有白做，首先，通過本次課使我學(xué)到如何分析問題解決問題，遇到問題時要動腦思考，反復(fù)琢磨。其次是對于知識的理解和掌握，能夠明白模擬機(jī)采用定點補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長8位，8位全用來表示數(shù)據(jù)，模擬機(jī)設(shè)計三大類指令宮十五條，其中包括運算類指令，控制轉(zhuǎn)移類指令，數(shù)據(jù)傳送類指令。運算類指令包含三種運算，算術(shù)運算、邏輯運算和移位運算。并且能夠