計算機組成原理實驗5.3-實驗報告

PAGEPAGE1學生實驗報告學院：軟件學院專業(yè)：軟件工程年級：2010級學號：學生姓名：同組學生姓名：實驗課程名稱：計算機組成原理實驗實驗名稱：復雜模型機設(shè)計實驗指導教師：實驗時間：實驗地點：2012年月日實驗目的與要求綜合運用所學計算機組成原理知識，設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的計算機。實驗設(shè)備PC機一臺，TD-CM3+或TD-CMX實驗系統(tǒng)一套。實驗原理下面講述一下模型計算機的數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)。1．數(shù)據(jù)格式模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長為８位，8位全用來表示數(shù)據(jù)（最高位不表示符號），數(shù)值表示范圍是：0≤X≤28－1。2．指令設(shè)計模型機設(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條運算類指令，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?？刂妻D(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6條，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器和存儲器之間的數(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。3．指令格式所有單字節(jié)指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT和MOV）格式如下：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：IN和OUT的指令格式為：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)，系統(tǒng)的I/O地址譯碼原理見圖5-3-1（在地址總線單元）。由于用的是地址總線的高兩位進行譯碼，I/O地址空間被分為四個區(qū)，如表5-3-1所示：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、變址和相對尋址能力。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)。LAD、STA、JMP和BZC指令格式如下。其中M為尋址模式，具體見表5-3-2，以R2做為變址寄存器RI。4．指令系統(tǒng)本模型機共有15條基本指令，表5-3-3列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。實驗步驟1、實驗接線：實驗步驟：1.按圖5-3-6連接實驗線路，仔細檢查接線后打開實驗箱電源。2.寫入實驗程序，并進行校驗，分兩種方式，手動寫入和聯(lián)機寫入。1)手動寫入和校驗(1)手動寫入微程序①將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為‘停止’檔，KK3置為‘編程’檔，KK4置為‘控存’檔，KK5置為‘置數(shù)’檔。②使用CON單元的SD05——SD00給出微地址，IN單元給出低8位應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的低8位。③將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為‘加1’檔。④IN單元給出中8位應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的中8位。IN單元給出高8位應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的高8位。⑤重復①、②、③、④四步，將表5-3-5的微代碼寫入2816芯片中。(2)手動校驗微程序①將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為‘停止’檔，KK3置為‘校驗’檔，KK4置為‘控存’檔，KK5置為‘置數(shù)’檔。②使用CON單元的SD05——SD00給出微地址，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈M7——M0顯示該單元的低8位。③將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為‘加1’檔。④連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈M15——M8顯示該單元的中8位，MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈M23——M16顯示該單元的高8位。⑤重復①、②、③、④四步，完成對微代碼的校驗。如果校驗出微代碼寫入錯誤，重新寫入、校驗，直至確認微指令的輸入無誤為止。(5)手動寫入機器程序①將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為‘停止’檔，KK3置為‘編程’檔，KK4置為‘主存’檔，KK5置為‘置數(shù)’檔。②使用CON單元的SD7——SD0給出地址，IN單元給出該單元應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該存儲器單元。③將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為‘加1’檔。④IN單元給出下一地址（地址自動加1）應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元中。然后地址會又自加1，只需在IN單元輸入后續(xù)地址的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，即可完成對該單元的寫入。⑤亦可重復①、②兩步，將所有機器指令寫入主存芯片中。(6)手動校驗機器程序①將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為‘停止’檔，KK3置為‘校驗’檔，KK4置為‘主存’檔，KK5置為‘置數(shù)’檔。 ②使用CON單元的SD7——SD0給出地址，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，CPU內(nèi)總線的指數(shù)據(jù)指示燈D7——D0顯示該單元的數(shù)據(jù)。③將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為‘加1’檔。④連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，地址自動加1，CPU內(nèi)總線的指數(shù)據(jù)指示燈D7——D0顯示該單元的數(shù)據(jù)。此后每兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，地址自動加1，CPU內(nèi)總線的指數(shù)據(jù)指示燈D7——D0顯示該單元的數(shù)據(jù)，繼續(xù)進行該操作，直至完成校驗，如發(fā)現(xiàn)錯誤，則返回寫入，然后校驗，直至確認輸入的所有指令準確無誤。⑤亦可重復①、②兩步，完成對指令碼的校驗。如果校驗出指令碼寫入錯誤，重新寫入、校驗，直至確認指令的輸入無誤為止。2)聯(lián)機寫入和校驗聯(lián)機軟件提供了微程序和機器程序下載功能，以代替手動讀寫微程序和機器程序，但是微程序和機器程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中，本次實驗程序如下，程序中分號‘；’為注釋符，分號后面的內(nèi)容在下載時將被忽略掉。;//***************************************//;////;//復雜模型機實驗指令文件//;////;//ByTangDuCO.,LTD//;////;//***************************************//;//******StartOfMainMemoryData******//$P0020;START:INR0,00H從IN單元讀入計數(shù)初值$P0100$P0261;LDIR1,0FH立即數(shù)0FH送R1$P030F$P0414;ANDR0,R1得到R0低四位$P0561;LDIR1,00H裝入和初值00H$P0600$P07F0;BZCRESULT計數(shù)值為0則跳轉(zhuǎn)$P0816$P0962;LDIR2,60H讀入數(shù)據(jù)始地址$P0A60$P0BCB;LOOP:LADR3,[RI],00H從MEM讀入數(shù)據(jù)送R3，變址尋址，偏移量為00H$P0C00$P0D0D;ADDR1,R3累加求和$P0E72;INCRI變址寄存加1，指向下一數(shù)據(jù)$P0F63;LDIR3,01H裝入比較值$P1001$P118C;SUBR0,R3$P12F0;BZCRESULT相減為0，表示求和完畢$P1316$P14E0;JMPLOOP未完則繼續(xù)$P150B$P16D1;RESULT:STA70H,R1和存于MEM的70H單元$P1770$P1834;OUT40H,R1和在OUT單元顯示$P1940$P1AE0;JMPSTART跳轉(zhuǎn)至START$P1B00$P1C50;HLT停機$P6001;數(shù)據(jù)$P6102$P6203$P6304$P6405$P6506$P6607$P6708$P6809$P690A$P6A0B$P6B0C$P6C0D$P6D0E$P6E0F;//*****EndOfMainMemoryData*****//;//**StartOfMicroControllerData**//$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC加1$M03107070;MEM->IR,P<1>$M04002405;RS->B$M0504B201;A加B->RD$M06002407;RS->B$M07013201;A與B->RD$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減B->RD$M15002416;RS->B$M1601B201;A或B->RD$M17002418;RS->B$M1802B201;A右環(huán)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;//**EndOfMicroControllerData**//選擇聯(lián)機軟件的“【轉(zhuǎn)儲】—【裝載】”功能，在打開文件對話框中選擇上面所保存的文件，軟件自動將機器程序和微程序?qū)懭胫付▎卧?。選擇聯(lián)機軟件的“【轉(zhuǎn)儲】—【刷新指令區(qū)】”可以讀出下位機所有的機器指令和微指令，并在指令區(qū)顯示，對照文件檢查微程序和機器程序是否正確，如果不正確，則說明寫入操作失敗，應重新寫入，可以通過聯(lián)機軟件單獨修改某個單元的指令，以修改微指令為例，先用鼠標左鍵單擊指令區(qū)的‘微存’TA