内蒙古师范大学计算机与信息工程学院
课程设计报告
题目:_CPU与简单模型机的组成与程序运行__
姓 名 | |||
学 号 | |||
班 级 | 计算机科学与技术师范汉 | ||
指导教师 | 职称 | ||
日 期 | |||
实验一 CPU与简单模型机的组成与程序运行
1．设计任务
1.1 题目：简单模型机与程序运行
1.2 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。
IN R0 ；IN ->R0
SUB 0DH ；R0 - [0DH] -> R0，直接寻址
SHL R0 ；将R0寄存器中的内容逻辑左移
STA 0EH，R0 ；R0->[0EH]，直接寻址
LDA 0FH，R0 ；[0FH]->R0，直接寻址
LOP: DEC R0 ；R0-1->R0
BZC EXIT ；当FC或FZ为1时，转到EXIT
JMP LOP
EXIT: OUT 0EH，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计算机组成原理教学实验系统
3. 设计原理和方法
3.1 设计原理
3.1.1 指令设计
模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。运算类指令包含三种运算，算术运算、逻辑运算和移位运算，设计有 6条运算类指令，
分别为：ADD、AND、INC、SUB、OR、RR，所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址。控制转移类指令有三条 HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中 HLT为单字节指令，JMP和 BZC为双字节指令。数据传送类指令有 IN、OUT、MOV、LDI、LAD、 STA共 6条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和 I/O、寄存器和存储器之间的数据交换，除 MOV指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。
3.1.2 指令格式
所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT和 MOV）格式如下：
7 6 5 4 | 3 2 | 1 0 |
OP-CODE | RS | RD |
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 |
00 01 10 11 | RO R1 R2 R3 |
IN和 OUT的指令格式为：
7 6 5 4 | 3 2 (1) | 1 0 (1) | 7—0 (2) |
OP-CODE | RS | RD | P |
系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址， LDI指令为立即寻址，LAD、STA、JMP和 BZC指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力。
LDI的指令格式如下，第一字节同前一样，第二字节为立即数：
7 6 5 4 (1) | 3 2 (1) | 1 0 (1) | 7—0（2） |
OP-CODE | RS | RD | data |
LAD、STA、JMP和 BZC指令格式如下:
7 6 5 4 (1) | 3 2 (1) | 1 0 (1) | 7—0（2） |
OP-CODE | M | RD | D |
其中 M为寻址模式，具体见表 5-3-2，以 R2作为变址寄存器 RI:
寻址模式M | 有效地址E | 说明 |
00 01 10 11 | E=D E=(D) E=(RI)+D E=(PC)+D | 直接寻址 间接寻址 RI变址寻址 相对寻址 |
3.1.3 指令系统：
汇编符号 | 指令的格式 | 功能 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MOV RD，RS ADD RD，RS SUB RD，RS AND RD，RS OR RD，RS RR RD，RS INC RD |
| RS → RD RD+RS → RD RD-RS → RD RD∧RS→RD RD∨RS→RD RS右循环→RD RD+1→RD | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
LAD M D,RD STA M D,RS JMP M D BZC M, D |
| E→RD RD→E E→PC 当FC或FZ=1 E→PC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IN RD,P OUT P,RS |
| [P] →RD RS→[P] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HALT |
| 停机 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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