1、評語:課中檢查完成的題號及題數： 課后完成的題號與題數：成績:自評成績:85實驗報告實驗名稱：CPU 與簡單模型機設計實驗日期：班級：10011302學號：201302513姓名：周小多一、實驗目的：1.掌握一個簡單CPU 的組成原理。2.在掌握部件單元電路的基礎上，進一步將其構造一臺基本模型計算機。3.為其定義五條機器指令，編寫相應的微程序，并上機調試掌握整機概念。二、實驗內容：1.要實現一個簡單的CPU，并且在此CPU 的基礎上，繼續構建一個簡單的模型計算機。CPU 由運算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序計數器（PC）和地址寄存器（AR）組成

2、,如圖2-1-1 所示。這個CPU 在寫入相應的微指令后，就具備了執行機器指令的功能，但是機器指令一般存放在主存當中，CPU 必須和主存掛接后，才有實際的意義，所以還需要在該CPU 的基礎上增加一個主存和基本的輸入輸出部件，以構成一個簡單的模型計算機。2.本模型機和前面微程序控制器實驗相比，新增加一條跳轉指令JMP，共有五條指令：IN（輸入）、ADD（二進制加法）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉移），HLT（停機），其指令格式如下（高位為操作碼）： 助記符機器指令碼說明IN0010 0000INR0ADD 0000 0000R0 + R0R0OUT 0011 0000R0OUTJMP add

3、r 1100 0000 addr PCHLT0101 0000停機3.設計一段機器程序，要求從IN 單元讀入一個數據，存于R0，將R0 和自身相加，結果存于R0，再將R0 的值送OUT 單元顯示。根據要求可以得到如下程序，地址和內容均為二進制數。 地址 內容 助記符 說明0000000000100000; START: IN R0從 IN 單元讀入數據送 R00000000100000000; ADD R0,R0R0 和自身相加，結果送 R00000001000110000; OUT R0R0 的值送 OUT 單元顯示0000001111100000; JMP START跳轉至 00H 地址0

4、0000100000000000000010101010000; HLT停機三、項目要求及分析： 1. 試修改現有的指令系統，將加法指令的功能修改為R0的內容和某個存儲單元的內容相加;增加存數、取數和減法三條機器指令，指令助記符分別為 STA、LAD 和SUB，指令操作碼分別為十六進制的60、70和80。<1>R0和某個存儲器相加，R0是可以直接讀進來的，R0和另一個存儲單元內容相加，如果兩個值都是讀入的話，就要將一個放在R0中，可以直接讀入，另一個放存在儲單元。可以先將值讀入到R0 中，在將R0保存到其他的存儲單元中，進行加法時從存儲單元中取出放在臨時寄存器中，這樣是兩個寄存器相

5、加減就可以。 具體步驟：1）將R0中的數據送ALU中的A； 2）給出另一個數在內存中的地址； 3）從內存中取出相應的數據并送ALU中的B； 4）進行加法運算并將結果送R0。<2>對于增加存數、取數和減法三條機器指令， 存數指令STA具體操作過程如下： 1）從IN讀入數據要存儲的地址； 2）將地址送至AR； 3）從IN讀入要存儲的數據； 4）將數據送入內存中的相應存儲單元。對于取數指令LAD具體操作過程如下：1）從IN讀入數據的存儲地址； 2）將存儲地址送至AR； 3）將取出的數據送至R0 &#

6、160;減法指令的具體操作過程如下： 1）將被減數送至ALU的； 2）將減數送至ALU的； 3）ALU進行減法操作，結果送R0； 2. 利用修改后的指令系統編寫一段程序，完成十六位二進制數的加減法運算。 答： 十六進制比八進制多了一半，該內容利用的指令系統，編寫相應的程序。可以先將兩個十六位的二進制數的高八位和低八位分別存入不同的地址，然后先取出兩個數低八位進行相加，送至OUT單元顯示，進位進行存儲；再進行兩個數低八位相加，結果在數據總線出顯示。四、具體實現： 微程序設計流程圖： 微代碼$M 00 000001 ; NOP $M 01 006D42 ; PC-&g

7、t;AR,PC加1 $M 02 107073 ; MEM->IR, P<1> $M 11 006412 ; pc->ar,PC+ $M 12 183013 ; mem->ar $M 13 200401 ; mem->b $M 15 006416 ; alu->r0 加法 $M 16 103001 ; pc->ar,PC+ $M 17 183018 ; mem->ar $M 18 006419 ; mem->b $M 19 102005 ; alu->r0 減法 $M 1D 105141 ; mem->ar $M 2C 18

8、302D ; R0->MEM STA $M 2D 00642E ; m->ar $M 2E 10202F ; m->r0 LAD $M 2F 05B201 ; m->pc JMP PC+ $M 30 001417 ; R0->A 加法 $M 32 183001 ; R0->A 減法 $M 33 280401 ; pc->ar ,PC+ 置ro AR->R0 LAD $M 35 000035 ; STA:PC->AR,PC+,mem->ar,R0->MEM(AR) $M 36 183011 ; IN->R0 輸入IN $M

9、37 183015 ; R0->OUT 輸出OUT $M 38 00142C ; pc $M 3C 006D5D ; pc->ar JMP<2>利用修改后的指令系統編寫一段程序，完成十六位二進制數的加減法運算。 以下的一段程序用于實現兩個16位二進制數的加法，其思想為高位和低位分別對應相加，將低位的進位給高位，減法同理。結果的低八位在OUT單元顯示，高八位數據在數據總線顯示，最高位的進位忽略。 $P 00 60 STA         

10、60;   存加數的低八位$P 01 60 STA             存被加數的低八位$P 02 60 STA             存加數的高八位$P 03 60 STA    &

11、#160;        存被加數的高八位 $P 04 70 LDA             取出加數的低八位存入R0中$P 05 00 ADD             兩個數低八位相加 $

12、P 06 30 OUT             兩個數低八位相加的結果在OUT單$P 07 70 LDA             取出加數的高八位存入R0中$P 08 00 ADD      

13、0;      兩個數的高八位相加$P 09 50 HLT             停機 五、調試運行結果： 加法：   輸入的兩個數據分別為：       01010010,11111111（52FF）      0011001

14、0,00000001（3201）  輸出的結果為：       00000001,00000000（8500） 減法： 輸入的兩個數據分別為：        01010110,11111111（56FF）      00110010,00000001（3201）  輸出的結果為：       001111111,11111110（3FFE）  六、所遇問題及解決方法：1. 在上實驗課時，因為自己的實驗器材的問題，一直都不能完成一個數與自身相加，之后也嘗試了很多次才調整過來，感覺連線的過程千萬不能將線接錯，否