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成绩课程设计：计算机组成原理题目名称：CPU设计姓名：学号：班级：网络工程完成时间：2014年1月6日1设计目的:通过一个完整的16位指令系统结构的设计，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。要求学生综合理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构。2设计任务:CPU的主要功能是执行指令，控制完成计算机的各项操作，包括运算操作、传送操作、输入/输出操作等。此次设计CPU就是为了了解CPU运行的原理，从而完成从指令系统到CPU的设计，采取较简单的组成模式，以尽量简洁的设计帮助读者掌握CPU的基本原理。3设计指标:能实现MOV,LAD,ADD,SUB,INC,AND,STO,JMP,STOP,JNZ这些指令,并建立完整的指令系统。4设计说明:4.1数据格式此自设计CPU规定数据采用定点整数表示，字长16位，格式如下：15141312..........43210符号尾数CPU设计三大类指令共10条，其中包括算术逻辑指令、访问及转移指令和停机指令。1.算术逻辑指令设计5条算术逻辑指令并用单字长表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：1514131211109876....10OP-CODERSRDXXXXXXXX其中，OP-CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器。2.访存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)、3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)。其格式如下：1514131211109876....10OP-CODERSRDD其中，OP-CODE为操作码，RD为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用），D为位移量(正负均可)。3.停机指令76543210OP-CODE0000这类指令只有1条，即停机指令STO，用于实现停机操作。4.2数据通路通常把许多寄存器之间传送信息的通路，称为“数据通路”。信息从什么地方开始，中间经过哪些寄存器，最后传送到哪个寄存器，这些工作是由称为“操作控制器”的部件完成的。微程序控制器的基本思想是把操作控制信号编成微指令，存放在E2PROM中，当机器运行时，一条一条的读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应部分执行所规定的操作。(数据格式，各条指令格式说明，算术逻辑指令的助记符、功能、和具体格式，维指令格式，微地址转移逻辑电路图，微程序代码表，机器指令程序并写出指令译码器、寄存器译码器的逻辑表达式等，指令译码器的I3、I4线位置互换)5实验体会:4.3微指令格式的设计4.4微程序流程图开始Pc-ABUS(I)rd指令CacheIBUS-IRPC+1编码成测试IR(A)-RdRs-ARRD数据cacheDBUS-RdRs-xRd-yX+Y-Rd锁存标志位Rs-xRd-yX-Y=Rd锁存标志位Rd-YY+1-Rd锁存标志位Rs-XRd-YX^Y-PC锁存标志位IR(A)-ARIR(A)-PC测试ZFRs-dbusWE数据cacheIR(A)-PCMOVLADADDSUBINCANDJNISTORD(D)22ZF=0ZF=101020304050613101112JMPSTOP4.5节拍脉冲时序产生器242322212019181716151413121110987654321LOADLDPCLDARLDIRLDRiRS_BS2S1S0ALU_BRD_DCS_DRD_ICS_IADDR_BLDPSWP1P2UA5UA4UA3UA2UA1UA0启停控制逻辑启动节拍脉冲和读/写时序产生逻辑脉冲发生器时钟源停机RD¢WE¢T1T2T3T4RDWERD0WE0T10T20T30T40环形脉冲发生器与读写时序通用寄存器时钟控制信号的产生时序微程序控制器的组成4.6指令系统助记符指令格式功能15~121110987~0MOV0001XXRDim立即数---〉RDLAD(RS),RD0010RSRDXXXXXXXX[[RS]]---〉RDADDRS,RD0011RSRDXXXXXXXX[RS]+[RD]---〉RDSUBRS,RD0100RSRDXXXXXXXX[RS]-[RD]---〉RDINCRD0101XRDXXXXXXXX[RD]+1---〉RDANDRD,RS0110RSRDXXXXXXXX[RS]AND[RD]---〉RDSTORS,addr1000RSXXXXXXXXX[RS]---〉addrJMPaddr1001XXaddraddr---〉PCSTOP1010XXXXXXXXXX停机JNZaddr1011XXaddr条件转移4.7微代码表指令24...2120...1716...1312....98...54...1助记符0c5480000011000101010010000000MOV2456A2001001000101011010100010LAD0C1680000011000001011010000000ADD0C968F000011001001011010001111SUB0D1680000011010001011010000000INC0E1680000011100001011010000000AND2454A3001001000101010010100011STO0457A1000001000101011110100001JNZ445480010001000101010010000000JMP045480000001000101010010000000STOP5实验体会:这是老师平时布置的大作业，当时做起来很是费劲，对于老师要求的每一个步骤觉得莫名其妙，摸不着头脑。后来发现那是因为所学的知识没有巩固，没有整个体系结构，只有分部的概念，不知道该怎么做将他们串联在一起。后来做好了课程设计，再回头来看这个，发现了实践的重要性。就是因为真的上机实践了，知道了所学的什么知识应该用在哪里，并且有了整机的概念，对这些的理解就不在话下了。我们学习的是一门实践性很强的学科，这样就对平常的实践要求应该更高，因为实践了更能使我们融会贯通并且熟练掌握！