组成原理课程设计

课程设计说明书题目:计算机组成原理课程设计院系：计算机科学与工程学院专业班级：计算机10-2学号：20103030XX学生姓名：XXX指导教师：顾老师年月日I安徽理工大学课程设计（论文）任务书计算机科学与工程院计算机科学与技术系学号20103030XX学生姓名XX专业（班级）计算机10-2设计题目设计基本模型机的指令系统实现带进位的循环右移和简单乘设计技术参数计算机组成原理教学实验仪一台，排线若干；PC机一台DJ-CPT816组成原理实验软件模型机的指令系统，微程序，微指令，程序设计要求1、在基本模型机的基础上构建一组能够实现输入、输出、加、减、逻辑与、逻辑或、逻辑非、转移指令等八个功能的指令，这些指令的助记符不得与指导书上相同。2、指令包括立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式。3、利用新构建的指令系统编程，分别实现带进位的循环右移和简单乘功能工作量1、课程设计说明书2000字。2、画流程图，编写微指令代码和程序。工作计划1、首先认真研究老师所给的题目，了解题目要求做什么。2、查阅资料，解决问题。3、编写源程序并调试之。4、写课程设计说明书。参考资料[1]张昆藏.计算机系统结构.北京：科学出版社，1994[2]著平玲娣，潘雪增.《计算机组成与设计》．浙江：浙江大学出版社，2004[3]白中英.计算机组成原理（第二版）.北京：科学出版社，1998[4]DJ-CPTH超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书指导教师签字系主任签字年月日II安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日III摘要本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，设计是在DJ-CPT816计算机组成原理实验仪和仿真软件上进行的。实验原理是计算机数据通路的控制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本次设计。完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有一定功能的完整的应用程序。设计出的指令包括传送，逻辑与，逻辑或，算术加，减运算，输入，输出，转移这八种指令，且运用直接寻址，立即数寻址，寄存器寻址，间接寻址四种寻址方式。利用新构建的指令系统编程，实现带进位的循环左移的功能。这一课题的实现使我们对各种微指令有了熟练的掌握。关键词：指令，寻址，带进位的循环右移，累加，简单乘IV目录1.系统分析.....................................................11.1设计背景....................................................................11.2设计目标....................................................................22.系统设计.....................................................32.1模型机的指令设计............................................................32.2模型机的微指令设计..........................................................33、带进位循环右移程序设计......................................73.1程序编写....................................................................73.3程序分析....................................................................73.3调试结果....................................................................84、简单乘程序设计..............................................94.1、程序编写...................................................................94.2、程序分析：................................................................104.3、调试结果..................................................................105、总结.......................................................125.1设计体会...................................................................125.2系统改进...................................................................12参考文献......................................................13安徽理工大学课程设计（论文）-1-1.系统分析1.1设计背景通过计算机组成原理理论课和几次实验的学习，尝试设计八类机器指令，并编写相应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。本课程设计的模型机的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数，指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器。在微程序控制方式下，用指令码作为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。在本模型机中，一条指令最多分为四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有24位控制位以控制寄存器的输入输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。简言之，这次设计，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条微程序，一条微程序又有若干微指令组成，一条微指令的功能由24位操作信号（即控制位）实现。24位控制位分别介绍如下：XRD：外部设备读信号，当给出个外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。EMWR：程序存储器EM写信号EMRD：程序存储器EM读信号PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上EMEN：将程序存储器EM与数据总线DBUS接通，有EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写入EM中，还是从EM读出数据到DBUSIREN：将程序存储器EM独处的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPCEINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR2.，IR3位结合，控制程序跳转。MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MARMAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里STEN：将数据总线DBUS上数据存到堆栈寄存器里RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R？的选择由指令的最低两位决定RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R？的选择由指令的最低两位决定CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器X2，X1，X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的哪个寄存器，见表1WEN：将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中安徽理工大学课程设计（论文）-2-AEN：将数据总线DBUS的值打入累加器A中S2,S1,S0三位组合决定ALU做何种运算，见表2表1X2X1X0输出寄存器000IN_OE外部输入门001IA_OE中断向量010ST_OE堆栈寄存器011PC_OEPC寄存器100D_OE直通门101R_OE右移门110L_OE左移门111没有输出表2S2S1S0功能000A+W加001A-W减010A|W或011A&W与100A+W+C带进位加101A-W-C带进位减110~AA取反111A输出A1.2设计目标本课程设计要求实现机器指令：ADD（传送），INPUT（输入)，MOV（逻辑与），CPL（逻辑或），OUTPUT（输出），ADC（带进位算术加），TSUB（算术减），JUMPZ（转移）和OR(逻辑非)。要包括直接寻址，立即数寻址，寄存器寻址，间接寻址四种寻址方式。最后要在设计的指令系统基础上，编写程序实现带进位循环右移。安徽理工大学课程设计（论文）-3-2.系统设计2.1模型机的指令设计根据设计要求，设计出的指令要包括传送，逻辑与，逻辑或，算术加，减运算，输入，输出，转移这八种指令，且要运用直接寻址，立即数寻址，寄存器寻址，间接寻址四种寻址方式。由此设计出指令表如表3：表3指令集指令类型助记符机器码功能取指_FETCH_000000xxIR→PC传送ADDA,R?000001xxR?→AADDR?,A000010xxA→R?ADDA,*000011xx存储器值→AADDR?,*000100xx存储器值→R?ADDA,#*000101xx立即数→AADDR?,#*000110xx立即数→R?逻辑与MOVA,R?000111xxA&R?→AMOVR?,A001000xxR?&A→R?MOVA,#*001001xxA&存储器值→A取反ORA001010xx-A→A逻辑或CPLA,R?001011xxA||R?→ACPLR?,A001100xxR?||A→R?算术减TSUBA,#*001101xxA-#*→A带进位加ADCA,R?001110xxA+R?+C→A输入INPUT001111xxK23~K16→A输出OUTPUT010000xxA→OUT端口跳转JUMPZ*010001xx判零跳转→*标号传送ADD*,A010010xxA→内存地址为*2.2模型机的微指令设计(1)微指令的24位控制位如下：安徽理工大学课程设计（论文）-4-▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫▫XRDEMWREMRDPCOEEMENIRENEINTELPMARENMARDEOUTENSTENRRDRWRCNFENX2X1X0WENAENS2S1S0(2)设计出的微指令集如表4：表4微指令集表助记符状态微地址微程序_FETCH_T000CBFFFF01FFFFFF02FFFFFF03FFFFFFADDA,R?T104CBF7F7T005CBFFFF06FFFFFF07FFFFFFADDR?,AT108CBFB9FT009CBFFFF0AFFFFFF0BFFFFFFADDA,*T20CC77FFFT10DD7BFF7T00ECBFFFF0FFFFFFFADDR?,*T210C77FFFT111D7BBFFT012CBFFFF13FFFFFFADDA,#*T114C7FFF7T015CBFFFF16FFFFFF17FFFFFFADDR?,#*T118C7FBFFT019CBFFFF1AFFFFFF1BFFFFFF安徽理工大学课程设计（论文）-5-MOVA,R?T21CFFF7EFT11DCBFE93T01ECBFFFF1FFFFFFFMOVR?,AT220FFF7EFT121CBFE93T022CBFFFF23FFFFFFMOVA,#*T124C7FFEFT025CBFFFF26FFFFFF27FFFFFFORAT128CBFE96T029CBFFFF2AFFFFFF2BFFFFFFCPLA,R?T22CFFF7EFT12DCBFE92T02ECBFFFF2FFFFFFFCPLR?,AT230