计算机组成原理实验(复杂模型机)

计算机组成原理实验报告评语：课中检查完成的题号及题数:课后完成的题号与题数:成绩： 指导教师：实验报告一、实验目的:1. 综合应用所学的计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机;2. 深入了解指令系统并会设计简单的指令；3. 学会编写机器程序。

1. 按照书上给出的接线图和机器程序验证其正确性;2. 了解该机器程序的执行过程和原理；3. 通过编写程序实现两个8位二进制乘法运算。

三、项目要求及分析：项目要求编程实现两个8位二进制数乘法，故可沿袭前面验证试验的接线。

8位二 进制数乘法运算结果为16位，而寄存器是8位的，所以应分为高八位和低八位。

我们 组采用的是比较普遍的运算方法，即判断最低位为1或0,若为0,部分积不变；若为1， 则部分积加上乘数左移了 n 次的结果得到新的部分积。

（n 为被乘数当前1所在的位数）四、具体实现：1.画出算法流程图实验名称: 基于复杂模型机两个8位二进制数乘法的实现 日期: 2011/1/10班级：学号: 姓名:、实验内容:;NOP ;PC->AR, PC 力卩 1 ;MEM->IR, P<1> ;RS->B ;A 力卩 B->RD ;RS->B ;A 与 B->RD ;MEM->AR ;IO->RD ;MEM->AR ;NOP ;MEM->RD ;RD->MEM ;A->PC ;NOP, P<3> ;RS->IO ;MEM->RD ;A 力卩 1->RD ;RS->B ;A 左移B 位（低3位）->RD2.根据算法实现，若需修改指令系统，画出修改后的微程序流程图 实验修改了两条指令，其他与指导书上一致。

修改的指令如下： 3 .编写微程序$M 00 000001$M 01 006D43$M 03 107070$M 04 002405$M 05 04B201$M 06 002407$M 07 013201$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 06B201$M 13 002414$M 14 033201$M 15 002416 ; RS->B$M 16 01B201 ; A 或B->RD $M 17 002418 ; RS->B$M 18 02B201 ; A 右移B 位->RD$M 1B 005341 ; A->PC$M 1C 10101D ; MEM->A$M 1D 10608C ; MEM->AR, P<2> $M 1E 10601F ; MEM->AR$M 1F 101020 ; MEM->A$M 20 10608C ; MEM->AR, P<2> $M 28 101029 ; MEM->A$M 29 00282A ; RI->B$M 2A 04E22B ; A 力卩B->AR$M 2B 04928C ; A 力卩B->A,P<2>$M 2C 10102D ; MEM->A$M 2D 002C2E ; PC->B$M 2E 04E22F ; A 力卩B->AR$M 2F 04928C ; A 力卩B->A,P<2>$M 30 001604 ; RD->A$M 31 001606 ; RD->A$M 32 006D48 ; PC->AR, PC 加1 $M 33 006D4A ; PC->AR, PC 加1 $M 34 003401 ; RS->RD$M 35 000035 ; NOP$M 36 006D51 ; PC->AR, PC 加1 $M 37 001612 ; RD->A$M 38 001613 ; RD->A$M 39 001615 ; RD->A$M 3A 001617 ; RD->A$M 3B 001613 ; RD->A$M 3C 006D5C ; PC->AR, PC 加1 $M 3D 006D5E ; PC->AR, PC 加1 $M 3E 006D68 ; PC->AR, PC 加1 $M 3F 006D6C ; PC->AR, PC 加1 4.编写机器指令验证$P 00 61 ; LDI R1,28H$P 01 01 ；被乘数是83$P 02 62 ; LDI R2,56H$P 03 01 ; 乘数是33$P 04 D1 ; R1->MEM A0H 单元$P 05 A0 ;$P 04 D2 ; R2->MEM B0H 单元$P 05 B0 ;$P 06 60 ; LDI R0,00H$P 08 DO ; R0->MEM A1H 单元$P 09 A1 ;$P 0A D0 ; R0->MEM AOH 单元$P OB A0 ;$P 0C 63 ; LDI R3,FFH$P 0D FF ;$P 0E 1E ; AND R2,R3 R2 判断是不是 0$P 0F F0 ; FZ=1 ，跳到 输出结果并停机$P 10 1E ;$P 11 63 ; LDI R3,01H$P 12 00 ;$P 13 AE ; SHR R2,R3 右移 0 位$P 14 F0 ; FC 为 1,跳到 60$P 15 60 ;$P 16 D2 ; R2->MEM B0H 单元$P 17 B0 ;$P 18 63 ;$P 19 00 ;$P 1A 8D ; SHL R1,R3 左移 0 位$P 1B 8C ; SHL R0,R3左移 0 位$P 1C E0 ;$P 1D 80 ; ;输出$P 1E C2 ; MEM->R2 A0H$P 1F A0 ;$P 20 C3 ; MEM->R3 A1H$P 21 A1 ;$P 22 50 ; 停机 $P 60 D2 ; R2->MEM B0H $P 61 B0 ;$P 62 C2 ; MEM->R2 A0H $P 63 A0 ;$P 64 C3 ; MEM->R3 A1H $P 65 A1 ;$P 66 06 ; ADD R2,R1$P 67 F0 ; FC 为 1,跳到 70$P 68 74 ;$P 69 03 ; ADD R3,R0$P 6A D3 ; R3->MEM A1H 单元单元部分积低位 单元部分积高位单元单元部分积低位单元部分积高位$P 6C D2 ; R2->MEM A0H 单元$P 6E 63 ;$P 6F 00 ;$P 70 8D ; SHL R1,R3 左移0 位$P 71 8C ; SHL R0,R3 左移0 位$P 72 E0 ; JMP LOOP$P 73 80 ;$P 74 03 ; ADD R3,R0$P 75 73 ; R3+1->R3$P 76 D3 ; R3->MEM A1H 单元$P 77 A1 ;$P 78 D2 ; R2->MEM A0H 单元$P 79 A0 ;$P 7A 63 ;$P 7B 00 ;$P 7C 8D ; SHL R1,R3 左移0 位$P 7D 8C ; SHL R0,R3 左移0 位$P 7E E0 ; JMP LOOP$P 7F 80 ;$P 80 63 ; LDI R3,FFH$P 81 FF ;$P 82 C2 ; MEM->R2 B0H 单元$P 83 B0 ;$P 84 1E ; AND R2,R3 R2 判断是不是0 $P 85 F0 ; FZ=1 ，跳到停机$P 86 1E ;$P 87 63 ; LDI R3,01H$P 88 00 ;$P 89 AE ; RR R2,R3 右移一位$P 8A F0 ; FC 为1,跳到60$P 8B 60 ;$P 8C D2 ; R2->MEM B0H 单元$P 8D B0 ;$P 8E 63 ;$P 8F 00 ;$P 90 8D ; SHL R1,R3 左移0 位$P 91 BC ; SHL R0,R3 左移0 位$P 92 E0 ;$P 93 80 ;联机装入调试五、调试运行结果：①、乘数是83H，被乘数是33H, 结果最后放在R3R2上是1AH 19H:②、乘数FF,被乘数FE:0 B* R1 8* R2 I R3R0= | 貫I = ft2= P3 =| T2 12T2被乘数跟FFH进行与，判断是否为0：1 ' lSR3w|R=*~Tf—F 二结果B控制信号控制总线P匚二六、所遇问题及解决方法：开始时对机器程序不太了解，对微指令与机器指令之间的运行不太明白，后来在同组成员和其他同学的帮助与讨论下明白了它们之间的联系和运行顺序。

内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《计算机组成原理》课程设计报告题目: _实验四复杂模型机的组成与程序运行__设计题目名称：复杂模型机的组成与程序运行要求：基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统—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。

START: IN 00H，R1DEC R1BZC RESULT ；为0 则跳转LDI R2，50H ；读入数据始地址LAD R3，[RI]，00H ；从MEM 读入数据送R3，变址寻址，偏移量为 00HADD [RI]00H，R3 ；累加求和INC RI ；变址寄存加1，指向下一数据OUT 40H，[RI]00H ；和在OUT 单元显示JMP START ；跳转至STARTRESULT: HLT ；停机50H、51H、52H、53H、54H、55H单元内容分别为12H、34H、55H、23H、05H。

2 设计设备PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套，排线若干。

3 设计原理和方法设计原理3.1.1 数据格式:模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为８位，8 位全用来表示数据（最高位不表示符号）7 6 5 4 3 2 1符号尾数数值表示范围是:3.1.2 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。

计算机组成原理实验报告基本模型机和复杂模型机的设计文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]基本模型机设计一. 设计目的1. 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台稍微复杂的模型计算机；2. 为其定义5条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念二. 设计内容部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能，这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束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。

三．概要设计为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序.存储器读操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA 为”0 0”时,按START微动开关,可对RAM连续手动读操作.存储器写操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB SWA置为”0 1”时,按START微动开关可对RAM进行连续手动写入.启动程序:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB SWA置为“1 1”时,按START微动开关,既可转入到第01号“取址”微指令,启动程序运行.上述三条控制台指令用两个开关SWB SWA 的状态来设置,其定义如下表3-1读写变化根据以上要素设计数据通路框图,如图3-1：表3-2 微代码的定义表3-3 A，B，P字段内容A字段 B字段 P字段当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。

由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1测试结果出现多路分支。

本次课程设计用指令寄存器的前4位（I7-I4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。

控制台操作为P4测试，它以控制台开关SWB，SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。

课 程 设 计复杂模型机的设计与实现范加林200926972011 年 12 月设计题目学 号专业班级 学生姓名指导教师计算机科学与技术 09-2郭骏一、课程设计目的与要求设计目的：本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。

通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。

设计要求：基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。

并根据设计课题要求，给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）。

画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。

对所设计的计算机进行安装与调试。

编写测试程序，对系统进行验证。

编写课程设计报告。

二、指令格式和指令系统（一）指令格式1、数据格式其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。

2、指令格式模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。

⑴算术逻辑指令设计9Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：其中，OP-CODE为操作码，⑵访问指令及转移指令模型机设计2条访问指令，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“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。

D为十六位地址段（低八在前，高八随后），M为源寻址模式，其定义如下：⑶ 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：⑷停机指令指令格式如下：HALT指令，用于实现停机操作。

（二）、指令系统本模型机共有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，其它指令1条。

实验六：复杂模型机的设计与实现精编版MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】实验五复杂模型机的设计与实现一、实验目的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。

二、实验设备Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统一台，实验用导线若干。

三、数据格式及指令系统1.数据格式其中第7。

2.指令格式模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。

⑴算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：其中，OP-CODE其中9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表5-1。

⑵访问指令及转移指令模型机设计2条访问指令，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指令使用）。

D为十⑶I/O指令输入（IN）和输出（⑷停机指令 指令格式如下：HALT 3. 指令系统本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令9条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。

下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。

表5-1图5-1复杂模型机微程序流程图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，译成二进制代四、实验方法㈠键盘操作⑴首先卸去实验连接，然后按如下操作，把系统工作方式设为“微控／在线”。

在待命状态0下按【减址】键，LCD 显示器显示工作模式选项：按【增址】键，将光标移到“MUD ”微程序模式，按【减址】键确定后，系统先询问用户是否使用搭接方式，按【增址】键选择“y ”（搭接）或“n ”（在线），按【减址】键确定：接着系统询问用户是否使用扩展I/O 方式，按【增址】键选择“y ”（扩展I/O ）或“n ”（微控制器关联），按【减址】键确定：确定设置后，系统返回待命状态0。

内蒙古师范大学计算机与信息工程学院 《计算机组成原理》

课程设计报告

题目: 实验三 复杂模型机的组成与程序运行

姓 名 彭媛 学 号 20091101603 班 级 09计算机科学与技术（师范汉） 指导教师 侯红霞 职称 日 期 2012-7-6 1 任务描述 题目三、复杂模型机的组成与程序运行 基于TD-CMA 计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统—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。（由于需要稍改了一些数值但并不影响实验） IN R1，00H ；从端口00（IN 单元）读入数据送R1 LDI R2，0FH ；将立即数0FH装入R2 AND R1，R2 ；R1*R2 -> R1 STA 01，[20H]，R1 ；R1->[[10H]]，间接寻址 OUT 40H，20H ；10H单元的内容在OUT 单元显示，直接寻址 DEC 22H ；12H单元内容减1，直接寻址 LOP: BZC EXIT JMP LOP EXIT: HLT 20H、22H单元内容分别为22H、03H。 （其中 DEC 22H；用LDI R0 ，01H；LAD 01 ，R3 ，22H ；SUB ，R3 ，R0; STA 01,22H,R3 ；） 2 设计设备 PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套，排线若干。 3 设计原理和方法 3.1 设计原理 3.1.1 数据格式: 模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为８位，8 位全用来表示数据（最高位不表 示符号） 7 6 5 4 3 2 1 符号 尾 数 数值表示范围是: 3.1.2 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。 3.1.3 指令格式： 所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT和MOV）其格式如下:

《计算机组织结构》实验报告
学号姓名专业、班
实验地点指导教师时间
一、实验目的
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。

二、实验原理
运用各种指令，模拟计算机设计复杂模型机。

三、实验内容与步骤
1.按图连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。

2.联机读／写程序用联机软件的“【转储】—【装载】”功能将该实验对应的文件载入实验系统即可。

3. 联机运行程序时，进入软件界面，装载机器指令及微指令后，选择“【运行】－【通路图】－【连续】”功能菜单打开相应动态数据通路图，按相应功能键即可联机运行、监控、调试程序。

四、实验结果
实验结果如图所示：
五、分析与讨论
实验按照上图所示的指令完成。

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条算术逻辑指令并用单字节表示，采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：其中，（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）其中，OP-CODE指令）。

D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：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（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。

微代码定义如表7-1所示。

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。

课程设计报告书所属课程名称计算机组成原理课程设计题目复杂模型机的设计与实现2012年6 月8日目录第一章课程设计内容及要求 (3)第二章总体设计 (4)第三章数据格式及指令系统 (5)第四章实验步骤 (8)第五章课程设计心得 (14)第六章参考文献 (15)第一章课程设计内容及要求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。

⑴模型机规定采用定点补码表示法表示数据,且字长为8位。

⑵模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令，设计一台微程序控制的模型机。

⑶根据设计，在实验台上组装调试通过。

⑷用16条指令，编写一个汇编语言程序，调试通过。

第二章 总体设计复杂模型机的数据通路框图如图3—16所示。

根据复杂模型机的硬件电路设计监控软件（机器指令），再根据机器指令要求，设计微程序流程图及微程序，最后形成16进制文件。

W/RCS2CS1 CS0 SWBCE 输入设备数据总线△ALUBS3S2 S1 S0M CN⇑⇑DR1(74273) DR2(74273)LDDR1 LDDR2 R0(74374)R0BLDR0 IR (74273)LDIR时序微控器PC (74161)LDPCLDAD△PCBAR(74273)LDAR地址总线W/RCECELEDBW/RCE 输出设备CPU图3-16 数据通路框图译 码 器ALURAM74LS299 T4299BR1(74374)R1BLDR1 R2(74374)R2BLDR2第三章 数据格式及指令系统1、数据格式模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：其中第7位为符号位，数值表示范围是：－1≤X ＜1。

2、指令格式模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令。

⑴ 算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：其中，OP —CODE 为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器，并规定：9条算术逻辑指令的名称、功能具体见表3－8。