机组实践实验8——使用CMStudio设计基于基本模型机微程序指令（1)

一、 实验目的

1. •掌握仿真软件的使⽤
2. •掌握机器指令的设计⽅法

二、 实验设备

1. 硬件：无
2. 软件：CMSstudio

三、 实验内容

1. • 针对下列指令
   – INL DR – OUTH SR
   – STA [ADDR], SR
   – LD DR, [ADDR]
   – JMP ADDR
2. • 写出机器指令格式
3. • 画出微指令流程图
4. • 使⽤上述指令系统编写程序，实现
   – INPUT读⼊数据保存到ADDR，
   – 将ADDR内容在OUTPUT显⽰。
   – 循环往复
   – 注意：INPUT读⼊到内存和内存输出到OUTPUT所使⽤的寄存器要求不是同⼀个

四、 实验原理

1. • 程序与数据在同⼀地址空间 • AR作为地址指针来取指 • 增加PC送AR微操作
2. 程序与数据分开存储，程序段和数据段，还有堆栈段等 • 取指：PC • 取操作码和操作数 • 数据存取：AR
3. • 栈指针：SP • 栈数据 – 存放在数据段 • 栈数据存取： – SP送AR – 通过AR来实现
4. • INL DR • OUTL SR • STA [ADDR], SR • LD DR, [ADDR] • JMP ADDR

五、 实验步骤

针对下列指令
– INL DR
– OUTL SR
– JMP ADDR
– ADD DR, SR
1. • 写出机器指令格式
2. • 画出微指令流程图（包括当前地址及下址）
3. • 使⽤上述指令系统编写程序，实现
– 从 INPUT 读⼊数据到 DR
– DR=SR+DR
– DR 数据在 OUTPUT 显⽰
– 循环往复

六、 调试过程、结果和分析

1. 参考教材，结合自己实际，对调试过程进行记录和分析。
   练习
   • 针对下列指令
   – INL DR
   – OUTL SR
   – JMP ADDR
   – ADD DR, SR

写出机器码格式

设定规则如下

依次解释下为啥要如此设计：

1. INL RD
   只涉及到RD，所以Rs本质随便设计
2. JMP ADDR，ADDR题目设计为16位，所以对应就是ARRRL和ADDRH两层
3. IR7-IR4是用来跳地址的

最后在程序区以及指令系统填写的时候上面的IR7-IR0的部分要转化为16进制显示

比如0010 0000转化成 20

画出微指令流程图（包括当前地址及下址）

根据实验指导书p85，我们可以得到类似的设计

【上图为实验指导书给的样例，下图为鄙人本题目的实现】

需要注意的是，这里002部分的框画错了，应该是RAM->BUS,BUS->IR实现跳转（也就是IR = RAM[AR]
这里RAM表示的是数据区，AR表示的是指向数据区的“指针”）

3. 使⽤上述指令系统编写程序，实现

– 从 INPUT 读⼊数据到 DR
– DR=SR+DR
– DR 数据在 OUTPUT 显⽰
– 循环往复

;源程序
#LOAD "work8.IS"         ;预调入指令系统/微程序
data    segment         ;将程序全部装载到数据存储器
        assume ds:data

start: 	INL R0
		OUTL R0
		ADD R0,R1
		JMP start

;指令系统部分
;助记符 操作数              指令码 长度
;-----------------------------------------------------
INL     R0                   20     1                 ;input的低字节输入一个数字到通用寄存器R0
OUTL    R0                   40     1                 ;将通用寄存器R0的值输出到output的低字节
JMP     *                    60     3                 ;将ADDR的地址传输给PC
ADD     R0,R1                81     1                 ;将通用寄存器R0和R1内部的数据相加后的结果保存到通用寄存器R0

解释一下为啥这几个分别是20 1，40 1，60 3，81 1

1. 根据前面鄙人的设计，2代表转换的地址（0001）地址规定为0010（IR7-IR4部分） 寄存器由于指定RD使用R0，IR1和IR0就是00，而剩下的IR3和IR2是影响的，这里设置为00（实际上是把RS设成R0,但是后续微指令用不到这个RS），所以设计为0010 0000，转化为16进制就是20，但实际上，你设置成24 28 2A也是符合要求的
2. 同上，这里是RD用不到，所以设置成41 42 43也是可以的
3. ADDR占两个地方，所以长度2 加上本来占1，一共是3，RSRD都用不上所以这里60-6F都能设置
4. 81，8代表要转换的地址。RD是R1 01，RS是R0,00，所以就是 0001，也就是1

微指令设置

Figure 2散转地址20的情况 需要偶（低地址）传奇（rs

注意在实际操作的时候，若要对REG（寄存器）进行操作，记得 RS偶 RD奇

Figure 3散转地址40的情况 偶（低地址rd）传偶

Figure 4散转地址60的情况

Figure 5散转地址80的情况 相加即可

完全体（剩下变体自行理解了）

指令系统：
;助记符 操作数              指令码 长度
;-----------------------------------------------------
INL     R0                   20     1                 ;input的低字节输入一个数字到通用寄存器R0，用Rd，用低(偶）
INL     R1                   21     1                 ;同上 寄存器为R1
INL     R2                   22     1                 ;同上 寄存器为R2
INL     R3                   23     1                 ;同上 寄存器为R3

OUTL    R0                   44     1                 ;将通用寄存器R0的值输出到output的低字节，因为在Rs，所以用高位（奇）
OUTL    R1                   45     1                 ;同上 寄存器为R1
OUTL    R2                   46     1                 ;同上 寄存器为R2
OUTL    R3                   47     1                 ;同上 寄存器为R3
JMP     *                    60     3                 ;将ADDR的地址传输给PC
ADD     R0,R0                80     1                 ;将通用寄存器R0和R0内部的数据相加后的结果保存到通用寄存器R0
ADD     R0,R1                81     1                 ;将通用寄存器R0和R1内部的数据相加后的结果保存到通用寄存器R0
ADD     R0,R2                82     1                 ;R0+=R2
ADD     R0,R3                83     1                 ;R0+=R3
ADD     R1,R0                84     1                 ;R1+=R0
ADD     R1,R1                85     1                 ;R1+=R1
ADD     R1,R2                86     1                 ;R1+=R2
ADD     R1,R3                87     1                 ;R1+=R3
ADD     R2,R0                88     1                 ;R2+=R0
ADD     R2,R1                89     1                 ;R2+=R1
ADD     R2,R2                8A     1                 ;R2+=R2
ADD     R2,R3                8B     1                 ;R2+=R3
ADD     R3,R0                8C     1                 ;R3+=R0
ADD     R3,R1                8D     1                 ;R3+=R1
ADD     R3,R2                8E     1                 ;R3+=R2
ADD     R3,R3                8F     1                 ;R3+=R3

源程序
;基本模型机程序

#LOAD "work8.IS"         ;预调入指令系统/微程序
#SET RAM 0260h = 5500h  ;数据区0260H单元预置数据5500h,这里没有用处

data    segment         ;将程序装载到数据存储器
        assume ds:data

        org   0
        
start:  INL R0
        ADD R0,R1
        OUTL R0
        JMP start

data    ends
        end   start