1305120411 何彬 实验四 模型机的设计与实现.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑1305120411 何彬 实验四 模型机的设计与实现 武 汉 工 程 大 学 计算机科学与工程学院 《计算机组成原理》测验报告 专业班级 姓名 学号 何彬 1305120411 测验工程 测验类别 指导教师 韩晓民 网络工程（1）班 测验时间 测验地点 2022 年 5 月 27 日 机电大楼322测验室 测验四 模型机的设计与实现 综合性 测验学时 4 测验目的及要求 类 别 测验表现 报告质量 说明： 测验目的： 理解CMX08系统中模型机的设计方法； 掌管模型机的根本组成，熟谙数据通路的设计； 掌管指令系统的设计思想，能够根据系统需求设计指令系统； 理解微操纵器的设计方法， 掌管微操纵器的组成，掌管微程序、微指令、微命令间的关系 测验内容和要求： 1． 完成测验指导书上3.1根本模型机的设计与实现及3.4繁杂模型机的设计与实现 2． 综合应用本课程所学学识，分析模型机设计与实现的步骤、方法按计算机的设计步骤，组织设计方案，并写入测验报告 3． 在设计的计算机上运行一段程序，分析运行过程及结果。

4． 对本次测验举行总结 成 绩 评 定 表 评 分 标 准 按时出勤、遵守纪律 专心完成各项测验内容 填写内容完整、表达设计过程和结果；测验总结能表达问题和收获；专心地完成测验斟酌题 分值 得分 30分 70分 合 计 评阅教师： 韩晓民 日 期： 年 月 日 实 验 内 容 3.1 根本模型机的设计与实现 一、测验目的 1. 在掌管部件单元电路测验的根基上，构造一台根本模型计算机 2. 为其定义5条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试掌管整机概念 二、测验设备 Dais-CMX08+ 计算器组成原理教学测验系统一台 三、测验原理 手动操纵测验过程中，各部件单元的操纵信号是以人为模拟产生为主，而本次测验将能在微程序操纵下自动产生各部件单元的操纵信号，实现特定指令的功能这里，计算机数据通路的操纵将由微程序操纵器来完成，CPU从EM主存中取出一条机器指令到指令执行终止的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

四、指令系统 1. 指令格式 7 6 5 OP-CODE 4 3 2 1 0 0 Addr Rs Rd 其中OP-CODE为操作码段，位于指令字节高三位（IR7~IR5）；第四位IR4是留存位，指定为零；低四位为源与目的寄放器地址，它们的编码见下表；Addr定义操作数或操作地址 Rs或Rd 00 01 10 11 选定的寄放器 R0 R1 R2 R3 2. 指令系统 设计五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移） 助记符 IN Rd,IOL ADD Rd,[addr] STA [addr],Rd OUT [addr],IOH JMP 000H 机器指令码 00100000 01000000 XXXXXXXX 01100000 XXXXXXXX 10000000 XXXXXXXX 10100000 XXXXXXXX 说明 I/O(数据开关)偶字节→Rd Rd+[addr]→Rd Rd→[addr] [addr]→I/O(奇字节) addr→PC 其中IN为单字节（8位）指令，其余为二字节指令，XXXXXXXX为addr对应的二进《计算机组成原理》测验报告 -1- 制地址码。

根据以上要求设计数据通路框图，如图3-1-1所示系统涉及到的微程序流程见图3-1-2，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为IR（M2）=0由于“取指”微指令是全体微程序公用的微入口，因此IR（M2）的测试结果展现多路分支本机用指令寄放器的前3位(IR7~IR5)作为测试条件，展现8路分支，占用8个固定微地址单元 当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表3-1-1就是按照图3-1-2的微程序流程定义的微指令格式转化而成的“二进制微代码表” 指令寄放器IR用来保存当前正在执行的一条指令执行时通过IBus总线打入指令寄放器指令划分为操作码和操作数段，为了执行任何给定的指令，务必对操作码举行测试并打入指令译码器ID在下一微周期的T1节拍完成操作码段的转移，μPC指向与指令相对应的微入口 本系统供给十六位准双向的I/O设备，由S15~S8组成I/O的奇字节，由S7~S0组成I/O的偶字节形成按字节寻址的十六位字操作体系其输入/输出特性定义到“位”，当该位为“1”时可作为输入源用也就是说它最多能容入十六位输入或十六位输出例如：输入时，二进制数据开关经过三态门送到数据总线，只要开关状态不变，输入的信息也不变。

输出时，将输出数据送到数据总线上，当IOW有效时，将数据打入输出锁存器，驱动发光管显示 图3-1-1 根本模星级数据通路 《计算机组成原理》测验报告 -2- 图3-1-2 根本模型机微程序流程图 按“态”规定的微操纵格式，参照微指令流程，编制十六进制格式的微指令代码文件 M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 M12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 E/M IP MWR R/M 目的编码 OP M CN S2 S1 S0 源编码 XP W ALU Iu IE IR Icz Ids 源编码 M10 X2 1 1 1 1 0 0 0 0 M9 X1 1 1 0 0 1 1 0 0 M8 X0 1 0 1 0 1 0 1 0 功能 遏止 ALU SP IOR MRD XRD RRD PC M19 O2 1 1 1 1 0 0 0 0 目的编码 M18 O1 1 1 0 0 1 1 0 0 M17 O0 1 0 1 0 1 0 1 0 功能 遏止 MAR BX AX SP IOW XWR RWR 其中IR为取指操纵位，当IR=0时由Ids指定操作码长度。

Ids=0时，指令字节的高四位定义为操作码段；遇Ids=1时，操作码段以字节为单位，可容纳256条指令的微操作 测验所用的机器指令程序： 地址 指令代码 000 20 001 40 60 003 60 61 005 80 61 007 A0 00 助记符 IN R0,IO偶 ADD R0,[ADDR] STA [ADDR],R0 功能 I/O(数据开关)偶字节→R0 R0+[RM]→R0 R0→[RM] OUT [ADDR],IO奇 [RM]→I/O(奇字节) JMP 00H [RM]→PC 五、测验环境判断与设置 在进入测验操作之前对测验环境作如下判别 1、若处“搭接”态，务必卸去测验连接，然后参阅本书P124页5.2.2小节，把测验环境设为“微控”、“” 2、若处非“微控”态，参阅本书P124页5.2.2小节，把测验环境设为“微控”、“” 六、测验方法 ㈠键盘操作 ⑴机器程序与对应的微操纵程序的写入： 在待令状态下，键入数字键“1”，然后再键入【减址】命令键，测验装置装载根本模型机代码程序及对应的微程序 ⑵运行程序 ①单拍运行：每按一次【单拍】按钮模型机运行一拍，系统供给可变时序，非“取指”→T1→T3→T4→ 微周期它的节拍按次序循环，在取指微周期按→T1→T2→T3→T4→ 次序循环。

②微单步：每按一次【单步】命令键运行一条微指令，对照微程序流程，查看微址是否《计算机组成原理》测验报告 -3- 和流程一致对照微指令表，查看执行结果是否和理论值一致 ③宏运行（指令单步或宏调用）：每按动一次【宏运】命令键，运行一条机器指令对照机器指令程序，查看PC地址是否和流程一致 ④程序运行与暂停：按动【运行】命令键使模型机进入实时运行状态；在实时运行状态按左下方任一数字键即可暂停模型机程序的运行，以便测验者查看模型机现场 ㈡联机运行 若在联机状态下，首先应开启mxj1.asm（根本模型机机器指令及对应微指令代码文件），然后点击工具栏“装载”按钮开头装载，如源程序无语法错误即可完成装载，进入调试状态可点击工具栏快捷按钮（概括操作请参阅本书第六章6.5节）： 单拍：单节拍运行微指令 微单步：单周期运行微指令 单步：单步跟踪机器指令 宏单步：单步跨越机器指令 运行：以全速方式运行模型机程序 暂停：暂停正在运行的模型机程序 表3.1.1 根本模型机微指令表 M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 M12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 后续 微址 代码 代码 代码 E/M IP MWR R/M o2 o1 o0 OP M CN S2 S2 S0 X2 X1 X0 XP W ALU Iu IE IR Icz Ids 微址 000 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 001 1 1 1 1 1 1 0 0 FC 1 1 1 1 1 0 0 0 F8 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 说明 空操作 PC→AR 002 0 1 1 1 1 1 1 1 7F 1 1 1 1 1 0 1 1 FB 1 1 1 1 1 0 1 0 FA 操作码 [RM]→IR 640 1 0 1 1 0 0 0 1 B1 1 1 1 1 1 1 0 0 FC 0 1 1 0 1 1 0 1 6D 001 IO偶→Rd 680 1 0 1 1 1 1 0 0 BC 1 1 1 1 1 0 0 0 F8 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 PC+1→AR 681 0 1 1 1 1 0 1 0 7A 1 1 1 1 1 0 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 682 1 0 1 1 1 1 0 0 BC 1 1 0 0 0 1 1 0 C6 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 683 0 1 1 1 1 0 1 0 7A 1 1 1 1 1 0 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 684 1 1 1 1 1 0 0 0 F8 1 1 1 1 1 0 0 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 [RM]→B B→AR [RM]→B Rd→A 685 1 1 1 1 0 0 0 1 F1 0 1 1 0 0 1 1 0 66 0 1 1 0 1 1 0 1 6D 001 A+B→Rd 6C0 1 0 1 1 1 1 0 0 BC 1 1 1 1 1 0 0 0 F8 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 PC+1→AR 6C1 0 1 1 1 1 0 1 0 7A 1 1 1 1 1 0 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 6C2 1 0 1 1 1 1 0 0 BC 1 1 0 0 0 1 1 0 C6 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 [RM]→B B→AR 6C3 0 1 0 1 1 1 1 1 5F 1 1 1 1 1 0 0 1 F9 1 1 1 0 1 1 0 1 ED 001 Rd→[RM] 700 1 0 1 1 1 1 0 0 BC 1 1 1 1 1 0 0 0 F8 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1 PC+1→AR 70。