模型机实验报告

哈尔滨工程大学

实验报告

实验名称：复杂模型机设计与实现

班级：

学号：

姓名：

实验时间：

成绩：

指导教师：程旭辉附小晶

实验室名称：计算机专业实验中心

一、实验名称：复杂模型机的设计与实现

二、实验目的：

1．综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。

2．设计指令系统。

3．编写简单程序，在所设计的复杂模型计算机上调试运行。

三、实验设备：

GW-48CPP系列计算机组成原理实验系统。

四、实验原理：

1．数据格式

模型机采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，其格式如下：

其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤1。

2．指令格式

所设计的指令分为四大类共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问、转移指令和停机指令。

（1）算术逻辑指令

设计9

其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：

（2）访问指令及转移指令

访问指令有2条，即存数（STA）、取数（LDA）；2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式为：

其中，OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（用于LDA、STA指令）。D为位移量（正负均可），M为寻

在本模型机中规定变址寄存器RI为寄存器R2。

（3）I/O指令

输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：

其中，addr=01时，选中“OUTPUT DEVICE”中的LCD 点阵液晶屏作为输出设备。

（4）停机指令

指令格式如下：

3．指令系统

共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入/输出指令2条，其

本模型机的数据通路框图如图7-1。根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图7-2。

图7-2 微程序流程图

五、实验内容：

按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件。

微程序

六、实验框图设计：

模型机设计主要是包括：控制器、存储器、运算器、输入、输出。

主要的设计是SE-5是根据FC,FZ,T4,P[4..1],SWA,SWB,I[7..2]来控制输出的SE[1..6]，控制地址的跳转。 当SE 输出0时Q 输出1，当SE 输出1时，Q 输出D ；

$M00 018108 $M01 01ed82 $M02 00c050 $M03 00a004 $M04 00e0a0 $M05 00e006 $M06 00a007 $M07 00e0a0 $M08 00ed8a $M09 00ed8c $M0A 00a030 $M0B 008001 $M0C 00202f $M0D 00a00e $M0E 01b60f $M0F 95ea25 $M10 00ed83 $M11 00ed85 $M12 00ed8d $M13 00eda6 $M14 001001 $M15 030401 $M16 018016 $M17 3d9a01 $M18 019201 $M19 01a22a $M1A 03b22c $M1B 01a432 $M1C 01a233 $M1D 01a426 $M1E 318237 $M1F 318239 $M20 009001 $M21 038401 $M22 05db81 $M23 0180e4 $M24 018001 $M25 95aaa0 $M26 00a027 $M27 01bc28 $M28 95ea29 $M29 95aaa0 $M2A 01b42b $M2B 959b41 $M2C 01a42d $M2D 65ab6e $M2E 059a01 $M2F 078a09 $M30 050a08 $M31 019801 $M32 059a01 $M33 01b435 $M34 05db81 $M35 b99a41 $M36 0d9a01 $M37 298978 $M38 019801 $M39 198979 $M3A 019801 $M3B 070a08 $M3C 062009 $M3D 000000 $M3E 000000 $M3F 000000

SE-5：

（SE 6-1）：

在波形图中实现跳转的时候，会出现如图：刚开始对此变化不

理解，自习观察SE6-1时，SE[6..1]作为控制端，SE为1时Q输出D，SE为0时Q输出1，达到跳转的功能，但是还隐含一个细节是：在SE有0的时候，SE不用T2的时钟触发，地址会直接会发生跳转，所以会出现如图微地址由20直接跳到31。

1和3：移位寄存器：SHEFT 和控制移位器的进位：

说明：移位寄存器的M位有M[20]来控制，S[1..0]由M[22..21]来控制，控制进位由SHE_C0来控制，假设上次的移位器有进位，那么上次的SHEFT_CN输出1，在控制移位器进位的器件上，当需要进位时，即：AR=1，（通过观察微指令开看AR进位时才选中）那么会有进位，此时在下一次带进位的移位时，SHE_C0=1;

2.控制ALU进位的器件：

说明：在此器件中，AR为控制端，上次的进位溢出位FC连到D0上M[19]与Q非的或，连接到ALU_CN，当M[19]=1时表示不带进位的运算，那么ALU_CN的结果肯定是1，在下次运算时肯定是不带进位的运算。当M[19]=0，时，表示运算器运算是带进位的运算，若上次的运算FC=1，若选中AR则，表示本次的运算时带进位的运算，则在T2周期时，Q=1，那么ALU_CN的输出是0，将结果输入到ALU的进位控制端，控制本次的进位运算。

4．通过编程控制可编码寄存器的选择：

.

内部结构：

说明：这是通过两个2-4译码器组合而成的选择器，根据decoder_b产生的控制信号，并且在编程时编写的

I0——I3指令来控制，RS,RD,RI.寄存器的选择。为了方便起见，在实验过程中用一一对应的实现：R0→RS;

R1→RD;R2→RI;

七、程序表设计：

实验程序如下：

根据框图的设计以及书中的指令系统功能表，在编码的时候考虑到的情况主要是用指令指定哪个寄存器，以及在实现LDA，STA，JMP，BZC，是选用的哪种寻址方式，为了全面的测试框图实现功能的正确性，在设计程序流程的时候所有的功能，以及所有的寻址方式都用到了，下面就是我设计的实验程序：