最新计算机组成原理课程设计Word下载.docx
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指令系统及ALU设计
1.7号，14号，28号，33号指令设计；
2.机器周期产生电路；
3.74LS139译码器。
2.前言（绪论）
加强对计算机组成原理的理解，并将理论和时间结合在一起，在实践中体会设计和学习的乐趣，并进一步了解计算机各个模块的原理。
3.设计主体
【课程设计内容】
1.指令系统设计
第7号指令：
助记符：
ADDA,EM
格式：
操作码和地址码
操作码：
ADD
地址码：
A,EM
功能：
将存储器EM地址的值加入累加器A中
寻址方式：
直接寻址
第14号指令：
SUBA,@R?
SUB
A,@R?
从累加器A中减去间址存储器的值
寄存器间接寻址
第28号指令：
ORA,#II
OR
A,#II
累加器A“或”立即数II
立即数寻址
第33号指令：
MOVR?
A
MOV
R?
A
将A中的值送入R?
中
2.模型机硬件设计：
题目：
机器周期产生电路
设计电路，实现A、B类指令分别有2和4个机器周期。
3.逻辑电路设计：
74LS139译码器。
功能：
实现双二—四译码器
机器周期
A
B
CYACYB
CYA‘CYB’
CYA’CYB’
M0
00
11
00
01
M1
10
M2
M3
【系统设计】
1.模型机逻辑框图
图1
图2
图3
2.指令系统设计
ADDA,EM
指令类型：
算术运算指令
指令格式：
001110
XX
操作码及寻址类型
第14号指令：
SUBA,@R?
001101
XX
操作码及R？
的选择00,01,10,11
第28号指令：
ORA,#II
逻辑运算指令
010111XX
操作码
MOVR?
数据传送指令
001001
操作码及R?
的选择00,01,10,11
3.微操作控制信号
1、XRD：
外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。
2、EMWR：
程序存储器EM写信号。
3、EMRD：
程序存储器EM读信号。
4、PCOE：
将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上（MAR）。
5、EMEN：
将程序存储器EM与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决
是将DBUS数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。
6、IREN：
将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR。
7、EINT：
中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
8、ELP：
PC打入允许，与指令寄存器IR3、IR2位结合，控制程序跳转。
9、FSTC：
进位置1，CY=1
10、FCLC：
进位置0，CY=0
11、MAREN：
将地址总线ABUS上的地址打入地址寄存器MAR。
12、MAROE：
将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。
13、OUTEN：
将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。
14、STEN：
将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。
15、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。
16、RWR：
写寄存器组R0-R3，寄存器R?
17、CN：
决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。
18、FEN：
将标志位存入ALU内部的标志寄存器。
19、WEN：
将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。
20、AEN：
将数据总线DBUS的值打入累加器A中。
21-23:
X2~X0：
X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。
24-26:
S2~S0：
S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。
4.指令执行流程
编号
助记符
功能
机器码
周期总数CT
节拍数
微操作
控制信号
涉及的硬件
1
_FATCH_
取指令
000000XX
T2
PC→MAR
PCOE,MAREN
PC,MAR,EM,W,IR
T1
EM→W
EMEN,EMRD,WEN
T0
W→IR
IREN
PC+1
7
ADDA,
EM
001110XX
111
T7
POCE,MAREN
PC,MAR,EM,W,A,ALU,F
T6
PC→PC+1
T5
W→MAR
WEN，WAREN
T4
EMEN，WEN
T3
A+W→DBUS→A
S2~S0,AEN,FEN
14
SUBA,
@R
001101XX
101
→DBUS→MAR
RRD,MAREN,
X2~X0
R,DBUS,MAR,EM,A,W,ALU,F
ALU（A-W）→DBUS
→A
28
ORA,#II
011011XX
PCOEMAREN
PC,MAR,EM,W,A,
ALU,F
EM→W,
EMEN,EMRDWEN
WORA→DBUS
→A
S2~S0，AEN
33
100000XX
011
A→DBUS→R?
AEN
A,DBUS,A
流程图如下：
图47号指令流程图
图5第14号指令
图628号指令
图7第33号指令
指令周期安排：
图8分3号指令
【系统实现】
1.模型机实现
1）逻辑电路的图形符号表示、功能
图9
（2）系统实现
libraryIEEE;
useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
--Uncommentthefollowinglibrarydeclarationifusing
--arithmeticfunctionswithSignedorUnsignedvalues
--useIEEE.NUMERIC_STD.ALL;
--Uncommentthefollowinglibrarydeclarationifinstantiating
--anyXilinxprimitivesinthiscode.
--libraryUNISIM;
--useUNISIM.VComponents.all;
entitycycleis
Port（A:
inSTD_LOGIC;
B:
CYA:
CYB:
CLK:
cya1:
OUTSTD_LOGIC;
cyb1:
OUTSTD_LOGIC）;
endcycle;
architectureBehavioralofcycleis
begin
PROCESS（CLK）IS
BEGIN
IF（CLK'
EVENTANDCLK='
1'
）THEN
IF（A='
）THEN
IF（CYA='
0'
ANDCYB='
）THEN
cya1<
='
;
cyb1<
ENDIF;
IF（CYA='
ENDIF;
ENDIF;
IF（B='
ENDIF;
ENDPROCESS;
endBehavioral;
1、逻辑电路设计
（1）逻辑电路的图形符号表示、功能
图10
useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
----Uncommentthefollowinglibrarydeclarationifinstantiating
----anyXilinxprimitivesinthiscode.
entityyjyis
inSTD_LOGIC_VECTOR（1downto0）;
Y1:
outSTD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;
Y2:
outSTD_LOGIC_VECTOR（3downto0））;
endyjy;
architectureBehavi
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