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1、 复杂模型机设计复杂模型机设计实验报告实验报告班 级：计算机科学与技术计算机科学与技术 13031303 班班学 号： 姓 名： 日 期：20162016 年年 0101 月月 1010 日日 -目录目录-1、数据格式和指令系统数据格式和指令系统-11.数据格式数据格式-12.指令格式指令格式-2二、数据通路二、数据通路-3三、时序系统三、时序系统-41.时序波形图时序波形图-42.节拍发生器节拍发生器-53.起停控制逻辑起停控制逻辑-5四、微程序流程图四、微程序流程图-6五、地址转移逻辑五、地址转移逻辑-71.微地址分配表微地址分配表-72.逻辑表达式逻辑表达式-73.原理图原理图-84.电
2、路图电路图-8六、微指令格式六、微指令格式-9七、微程序代码表七、微程序代码表-10八、微程序控制器八、微程序控制器-12九、测试程序九、测试程序-12- 1 -1 1、数据格式和指令系统数据格式和指令系统1.1.数据格式数据格式：微型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为 8 位，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0符 号 尾 数其中第七位为符号位，数值范围是：1 X 12.2.指令格式指令格式： 模型机设计有 3 类指令，其中包括： 运算类指令（单字节，运算类指令（单字节，RR 型）型）算术运算（ADD,INC,SUB）逻辑运算(AND,OR)移位运算(RR) 控制转移类指令控制
3、转移类指令HTL (单字节)JMP（双字节）BZC（双字节） 数据传送类指令数据传送类指令输入/输出（IN,OUT）数据传送（MOV,LDI,LAD,STA）单字节（MOV）双字节（LDI,LAD,STA） 单字节指令格式（单字节指令格式（ADD,AND,INC,SUB,OR,RR,HLT,MOV）7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODERs Rd其中，OP-CODE 为操作码，rs 为寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：RS 或 RD 选定的寄存器00R001R110R211R3双字节指令格式双字节指令格式 1)1).IN/OUT.IN/OUT 指令格式指令格式7 6 5 4 3 2
4、1 0OP-CODERsRdP- 2 -2)2) 访内指令及转移指令访内指令及转移指令(LAD,STA,JMP,BZC)(LAD,STA,JMP,BZC)7 6 5 4 3 2 1 01 1M OP-CODE RdD寻址方式有效地址说明00 01 10 11E=D E=(D) E=(R2)+D E=(PC)+D直接寻址 间接寻址 Ri 变址寻址 相对寻址3)3) 访内指令访内指令 (LDI)(LDI)7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0OP-CODERsRdData2.2.指令系统指令系统汇编符号指令格式 功能说明1MOV RD,RS0100 RS RDRSRD2AD
5、D RD,RS1100 RS RDRDRSRD3SUB RD,RS1000 RS RDRDRSRD4XOR RD,RS1101 RS RDRDRSRD5ADC RD,RS1001 RS RDRDRSRD6RR RD,RS1010 RS RDRS 右环移RD7INC RD0111 - RD RD+1RD8NOT RD,RS1011 RS RDRDRD9LAD M D,RD0000 M RD，DERD10STA M D,RD0001 M RD，DRDE11JMP M D0010 M *，DEPC12BZC M D0011 M *，D 当 FC=1 或 FZ=1 时，EPC13IN RD,P1110
6、 01 RDPRD- 3 -14OUT P,RS1111 10 RDRSP15LDI RD,D0110 00 00 DRD16HALT0101 * *停机2 2、数据通路数据通路- 4 -3 3、时序系统时序系统时序波形图时序波形图- 5 -节拍发生器节拍发生器起停控制逻辑起停控制逻辑- 6 -四、微程序流程图四、微程序流程图- 7 -五、地址转移逻辑五、地址转移逻辑微地址分配表微地址分配表微地址微地址0000 0 00101 1 11010 2 21111 3 300000000 0 000010001 1 100100010 2 200110011 3 301000100 4 401010
7、101 5 501100110 6 601110111 7 710001000 8 810011001 9 910101010 A A10111011 B B11001100 C C11011101 D D11101110 E E11111111 F F逻辑表达式逻辑表达式UA0 = P1*IR4*T4+P2*IR2*T4- 8 -UA1 = P1*IR5*T4+P2*IR3*T4UA2 = P1*IR6*T4UA3 = P1*IR7*T4UA4 = P3*(CF+ZF)*T4原理图原理图电路图电路图下图下图(UAO,UA1,UA2,UA3,UA4)(UAO,UA1,UA2,UA3,UA4)对
8、应微程序流程图中对应引脚。对应微程序流程图中对应引脚。- 9 -6 6、微指令格式微指令格式232221201918-1514-1211-98-65-0M23CNWRRDIOMS3-S0A 字段B 字段C 字段UA5-UA0A 字段字段 B 字段字段 C 字段字段876选择000NOP001P010P011P100保留101LDPC110保留11109选择000NOP001ALU-B010RS-B011RD-B100RI-B101保留110PC-B111保留141312选择000NOP001LDA010LDB011LDRi100保留101LOAD110LDAR111LDIR- 10 -7 7、
9、微程序代码表微程序代码表- 11 - 12 -8 8、微程序控制器微程序控制器原理图原理图电路图见附录电路图见附录九、测试程序九、测试程序$P 00 20;IN R0,00H $P 01 00 $P 02 41;MOV R1,R0 $P 03 63;LDI R3,0FH $P 04 0F $P 05 1D;AND R1,R3 $P 06 71;DEC R1 $P 07 06;L2:ADD R2,R1 $P 08 63;LDI R3,01H $P 09 01 $P 0A 8D;SUB R1,R3 $P 0B F0;JZ L1 $P 0C 0F $P 0D E4;JMP 80H $P 0E 80
10、$P 0F D2;L1:STA 70H,R2 $P 10 70 $P 11 62;LDI R2,70H $P 12 70 $P 13 C9;LAD R1,RI,00H $P 14 00 $P 15 60;LDI R0,F0H $P 16 F0 $P 17 91;OR R1,R0 - 13 -$P 18 B1;NOT R1 $P 19 34;OUT 40H,R1 $P 1A 40 $P 1B 50;HLT $P 80 07$M 00 000001 $M 01 006D43 $M 03 107070 $M 04 002405 $M 05 04B201 $M 06 002407 $M 07 0132
11、01 $M 08 106009 $M 09 183001 $M 0A 106010 $M 0B 000001 $M 0C 103001 $M 0D 200601 $M 0E 005341 $M 0F 0000CB $M 10 280401 $M 11 103001 $M 12 063201 $M 13 002414 $M 14 05B201 $M 15 002416 $M 16 01B201 $M 17 002418 $M 18 02B201 $M 19 023201 $M 1B 005341 $M 1C 10101D $M 1D 10608C $M 1E 10601F $M 1F 10102
12、0 $M 20 10608C $M 28 101029 $M 29 00282A $M 2A 04E22B $M 2B 04928C $M 2C 10102D $M 2D 002C2E $M 2E 04E22F- 14 -$M 2F 04928C $M 30 001604 $M 31 001606 $M 32 006D48 $M 33 006D4A $M 34 003401 $M 35 000035 $M 36 006D51 $M 37 001612 $M 38 001613 $M 39 001615 $M 3A 001617 $M 3B 001619 $M 3C 006D5C $M 3D 006D5E $M 3E 006D68 $M 3F
