简单模型机的组成与程序运行-计算机组成原理实验报告.pdf

组成原理课程设计20081121129吕翠

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:_____简单模型机的组成与程序运行_____________

姓名

学号

班级

指导教师孟昭进

日期2011-7-14

组成原理课程设计20081121129吕翠
1任务描述
设计题目名称：简单模型机的组成与程序运行
要求：基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个简单的计算机整机系统—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。
INR0；IN->R0
SUB0DH；R0-[0DH]->R0，直接寻址
SHLR0；将R0寄存器中的内容逻辑左移
STA0EH，R0；R0->[0EH]，直接寻址
LDA0FH，R0；0FH]->R0，直接寻址
LOP:DECR0；R0-1->R0
BZCEXIT；当FC或FZ为1时，转到EXIT
JMPLOP
EXIT:OUT0EH，R0；[0EH]->LED，直接寻址
0DH、0EH、0FH单元内容分别为03H、04H、02H。
2设计设备
PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
3设计原理和方法
3.1设计原理
3.1.1数据格式：
本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，其格式如下：
76543210
符号尾数
其中第七位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1
3.1.2指令格式
所有单字节指令(SUB等)格式如下：
76543210
OP-CODERSRD

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
00R0
01R1
10R2
11R3

本实验的输入IN指令和OUT指令采用单字节指令，其格式如下：
7654(1)32(1)10(1)
OP-CODERSRD

本实验中的两个访问指令，即存数STA，一条转移指令，即无条件转移指令JMP，指令格式如下：
7654(1)32(1)10(1)7-0(2)
OP-CODEMRDD

其中OP-CODE为操作码，RD为目的寄存器地址（STA、LDA指令使用），D为位移量（正负均可），M
为寻址模式，其定义如下：
组成原理课程设计20081121129吕翠
寻址模式M有效地址E说明
00E=D直接寻址
01E=（D）间接寻址
10E=（RI）+DRI变址寻址
11E=（PC）+D相对寻址
3.1.3指令系统
本实验共有10条基本指令，其中算术指令有2条（DEC、SUB），访问内存指令和程序控制指令7条，
输入指令1条。
3.２按微指令格式，参照微程序流程图将每条微指令代码化，译成二进制微代码。
系统涉及到的微程序流程见图3-1-4所示，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试
字段为P<1>测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P<1>的测试结果出现
多路分支。

组成原理课程设计20081121129吕翠
微程序流程图3-1-4
微指令字长共24位，格式如下：
232221201918-1514-1211-98-65-0
M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA0

A字段B字段C字段
141312选择11109选择876选择
000NOP000NOP000NOP
001LDA001ALU-B001P(1)
010LDB010R0_B010保留
011LDR0011保留011保留
100保留100保留100保留
101LOAD101保留101LDPC
110LDAR110PC_B110P(4)
111LDIR111保留111保留

运算器逻辑功能表：

运算类型S3S2S1S0CN功能
组成原理课程设计20081121129吕翠
0000xF=A（直通）

0001xF=B（直通）
逻辑运算
0010xF=AB（直通）

0011xF=/AA+B（直通）

0100xF=/A（直通）

0101xF=A不带进位循环右移B（取低3位）位（FZ）
0F=A逻辑右移一位（FZ）
移位运算01101F=A带进位循环右移一位（FC，FZ）

0F=A逻辑左移一位（FZ）
0111
1F=A带进位循环左移一位（FC，FZ）

1000x置FC=CN（FC）

1001xF=A加B（FC，FZ）

1010xF=A加B加FC（FC，FZ）
算术运算
1011xF=A减B（FC，FZ）

1100xF=A减1（FC，FZ）

1101xF=A加1（FC，FZ）

1110x（保留）

1111x（保留）

4代