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硬件课程设计(I) 实验报告 实验名称：复杂模型机设计实验 小组成员：912106840506 吴洁鑫 912106840509 谢 莉 实验时间：2015.9.23~2015.9.24 复杂模型机设计实验 实验目的： 综合运用所学计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 实验设备： TD-CMA 实验系统一套，PC机一台，数据连接导线若干，电源。 三、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 该复杂模型机设计包含算数运算类指令、控制类指令、数据传输类指令三大 类指令。 算数运算类有2条运算类指令: SUB和DEC。 控制转移类指令有 JMP、SHL和LOOPNE(Z)。 数据传送类指令有IN、OUT、MOV、XCHG。 3.指令格式 A、算术逻辑运算指令格式如下格式如下: 7 6 5 4 3 2 1 0 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、IN和OUT指令如下: 7 6 5 4(1) 3 2(1) 1 0(1) 7 6 5 4 3 2 1 0(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： 控制转移类指令 JMP、SHL和LOOPNE(Z)格式如下表所示。 7 6 5 4(1) 3 2(1) 1 0(1) 7 6 5 4 3 2 1 0(2) 操作码 M RD D 其中M 为寻址模式，具体见表3-1所示，以R2 做为变址寄存器RI。 表1寻址方式 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 4.指令系统 本模型机共有 10 条基本指令，其中算术逻辑运算单元2条，分别为SUB、 DEC.控制转移指令三条，分别为JMP、SHL和LOOPNE(Z).输入输出指令两条，分别为IN和OUT。数据传送类指令有IN、OUT、MOV、XCHG。下面列出了各条指令的汇编符号、指令执行的详细内容。 序号 汇编符号 指令格式 功能说明 1 mov R3,6 0011 00 R3 6-R3 2 IN R1,[00] 0100 00 R1 端口0-R1 3 Mov R2,R1 0101 R1 R2 R1-R2 4 XCHG [20H],R2 0110 R2 00 内存[20h]和R2交换数据 5 DEC R2 0010 00 R2 R2-1-R2 6 LOOPNZ L2 0001 00 R2 当R2=0，循环5 7 SUB R3，[PC+15] 0000 00 R3 R3-[PC+15]-R3 8 SHL R1，1 0000 00 R1 R1循环左移一位 9 OUT [40H],R1 1000 R1 00 R1内容输出 10 JMP L1 1001 00 00 循环 总体设计 本模型机的数据通路框图如图1所示 图一：数据通路框图 图二：指令译码原理图 低四位进行测试，判断得到相应的寄存器号。如：涉及到寄存器R0，则可能在低两位或者低三、四位为0表示。该功能寄存器译码电路，在IR 单元的REG_DEC（GAL16V8）中实现。译码电路如图三所示。 图三：寄存器译码原理图 根据机器指令系统要求，设计确定微地址。微指令格式如下所示： 图四：微指令格式 实验步骤 按图5-3-6连接实验线路，仔细检查接线后打开实验箱电源。 写入实验程序，本设计采用联机写入方式。 联机软件提供了微程序和机器程序下载功能，以代替手动读写微程序和机器程序，但是微程序和机器程序得以指定的格式写入到以TXT为后缀的文件中。 选择联机软件的“【转储】—【装载】”功能，在打开文件对话框中选择上面所保存的文件，软件自动将机器程序和微程序写入指定单元。 选择联机软件的“【转储】—【刷新指令区】”可以读出下位机