CMPE230-Systems Programming Project2 Solved

This        project is             to            be           done     with       Python. In            this         project, you        will         implement                (i)            an           assembler           and                        (ii)                           an           execution            simulator             for a              hypothetical       CPU       called    CPU230.                               CPU230 is             illustrated            in            the following             figure:                            

Each       instruction          has         fixed      length   of            3              bytes     with       the         following             format:

               

Opcode 
Adressing                mode                
Operand                
6                bits           
2              bits               
16                bits        
               

               

Addressing          mode    bits         are         as            follows:

               

Bits(binary)                
Addressing            mode                     
00          
operand is             immediate             data       
01          
operand is             in             given      in             the          register                 
10          
operand’s              memory address  is             given      in             the                register 
11          
operand is             a              memory address 
Note       that         registers are          represented         as            bit           patterns                (here      given      in             hex):                                       PC=0000,                A=0001, B=0002, C=0003, D=0004, E=0005, S=0006.
               

Instructions        are         as            follows:

               

Instruction            
Instruction                code                (hex)          
Operand                
Meaning                
Flags                set              
HALT      
1             
               
Halts       the          CPU.       
               
LOAD     
2             
immediate                memory           

register 
Loads      operand                 onto        A                .              
               
STORE    
3             
memory

register 
Stores     value      in             A             to                the          operand.                               
               
ADD       
4             
immediate                memory           

register 
adds        operand to            A.           
CF,SF,      ZF               
SUB        
5             
immediate                memory           

register 
subtracts                operand from       A.               
CF,SF,      ZF               
INC         
6             
immediate               
increments            operand (equivalent                to            add         1)                           
SF,                ZF,               CF               
 
 
memory

register 
 
 
DEC        
7             
immediate                memory           

register 
decrements          operand (equivalent                to            sub          1)           
SF,                ZF,               CF               
XOR       
8             
immediate                memory           

register 
Bitwise   XOR        operand with        A                and         store       result      in                A.                           
SF,           ZF               
AND       
9             
immediate                memory           

register 
Bitwise   AND        operand with        A                and         store       result      in                A.                           
SF,           ZF               
OR          
A            
immediate                memory           

register 
Bitwise   OR           operand with        A                and         store       result      in                A.                           
SF,           ZF               
NOT       
B             
immediate                memory           

register 
Take        complement         of            the                bits          of            the                operand.                               
SF,           ZF               
SHL        
C             
register 
Shift        the          bits          of            register                one         position  to            the                left.        
SF,                ZF,               CF               
SHR        
D            
register 
Shift        the          bits          of            register                one         position  to            the                right.      
SF,           ZF               
NOP       
E             
               
No           operation.            
               
PUSH     
F             
register 
Push       a              word       sized                operand (two        bytes)     and                update   S              by                subtracting            2.                            
               
POP       
10          
register 
Pop         a              word       sized       data                (two        bytes)     into         the                operand and         update   S                by            adding    2.            
               
CMP       
11          
immediate                memory           

register 
Perform comparison           (AC-operand)                and         set           flag                accordingly.                         
SF,                ZF,               CF               
JMP        
12          
immediate               
Unconditional       jump.      Set          PC                to            address.                
               
JZ                JE            
13          
immediate                               
Conditional            jump.      Jump       to                address  (given     as                immediate             operand)                if              zero        flag          is                true.      
               
JNZ                JNE             
14          
immediate                               
Conditional            jump.      Jump       to                address  (given     as                immediate             operand)                if              zero        flag          is                false.      
               
JC           
15          
immediate               
Conditional            jump.      Jump       if                carry       flag          is             true.               
               
JNC         
16          
immediate               
Conditional            jump.      Jump       if                carry       flag          is             false.               
               
JA           
17          
immediate               
Conditional            jump.      Jump       if                carry       flag          is             false.               
               
JAE         
18          
immediate               
Conditional            jump.      Jump       if                above     or            equal.    
               
JB           
19          
immediate               
Conditional            jump.      Jump       if                below.   
               
JBE         
1A          
immediate               
Conditional            jump.      Jump       if                below     or            equal.                    
               
READ     
1B          
memory

register 
Reads     a              character               into                the          operand.               
               
PRINT     
1C          
immediate                memory           

register 
Prints      the          operand as            a                character.                             
               
               

               

Note      that        memory               address can         be           given     as                            [xxxx]                              or            [r]                where   xxxx is              a              hexadecimal      number                or                                            r where             r is a              register name.                                           

Labels    can         also        be           used.                     A             label:     marks    the         address,               xxxx,   at            the point     it             is             defined.               Wherever           you        use         a              label,     you        should  substitute the         marked address xxxx for           the         label.               

The         assembler           you        build      will         be           called                                    cpu230assemble                       and the         execution            simulator             will         be           called    cpu230exec.                 They      will         be           used as            follows. Suppose              you        are         given     a              assembly             program               given     in            file prog.asm.                                            The        following             command            will         assemble             the         program and        produce               the         binary   output  prog.bin.             

cpu230assemble prog.asm               

The         following             program               will         execute the         binary                  

cpu230exec prog.bin                

The         above   process is             illustrated            in            the         example              below:                

               

Assembly                source                code:                prog.asm 
Assemble                 
Assembled                program            :                prog.bin              
Execute 
Output               
   LOAD ‘A’ 

   STORE C  

   LOAD MYDATA 

   STORE B  

   LOAD  0004    STORE D  

LOOP1:  

   PRINT C  

   LOAD C  

   STORE [B]    INC C 

   INC B  

   INC B  

   DEC D 

   JNZ LOOP1    HALT 

MYDATA:                
 

 

 

 

 

  

cpu230assemble prog.asm 

 

à       
080041 

0D0003 08002D 

0D0002 080004 

0D0004 

710003 

090003 0E0002 190003 190002 

190002 1D0004 530012 

040000 

               
 

 

 

 

 

  

cpu230exec prog.bin 

 

à

               
A 

B 

C 

D 

               
               

Note      also        that        in            the         above   example,             ascii        codes    of            ‘A’,         ‘B’,         ‘C’,         ‘D’ and        ‘E’           are         stored   at            the         memory               addresses                           002D,     002F,     0031,     0033, 0035.