计算机组成原理课程设计汇编Word文档下载推荐.docx
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异或运算
综合评语（设计方案、实践环节、问题解答、设计报告）
成绩
222013
刘
袁
一、设计任务与要求
1.1课程设计背景与目的
计算机组成原理课程设计是计算机科学与技术专业的学生在修完计算机组成原理课程之后，必须完成的实验环节。
本课程设计是在完成计算机组成原理分解实验的基础上，来进行模型计算机的整机设计。
通过模型机的设计、组装和调试，建立计算机整机的概念，加深对计算机“时空”概念的理解，掌握设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高应用集成电路的基本技能，培养和提高学生独立工作的能力及分析问题和解决问题的能力。
根据此前所学习的有关计算机组成及工作原理的相关知识，利用实验室现有元器件及设备，设计并实现一台模型计算机，并利用实现的指令编程在模型机上运行，对设计工作进行验证。
1.2应解决的主要问题及应达到的技术
①阅读计算机组成的相关资料，考察现有实验器材，给出模型机设计方案。
方案中要以图文结合的方式描述出模型机的整机构成，即该模型机硬件上主要由哪几个部分组成及其互联方式。
②对模型机各个组成部分具体的硬件构成，功能，操作方式进行详细说明，必要时需给出电路图。
③说明模型机的数据类型，指令格式，寻址方式，指令系统构成，微指令格式及各条指令的微程序流程。
④利用实现的指令编写程序，对设计工作进行验证。
⑤在组装调试成功的基础上，整理出设计说明书和其它文件。
1.3基本理论依据
下面讲述一下模型计算机的数据格式及指令系统。
1.3.1数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为８位，8位全用来表示数据（最高位不表示符号），数值表示范围是：
0≤X≤28－1。
1.3.2指令设计
模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。
运算类指令包含三种运算，算术运算、逻辑运算和移位运算，设计有6条运算类指令，分别为：
ADD、AND、INC、SUB、OR、RR，所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址。
控制转移类指令有三条HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中HLT
为单字节指令，JMP和BZC为双字节指令。
数据传送类指令有IN、OUT、MOV、LDI、LAD、
STA共6条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器和存储器之间的数据交换，除MOV指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。
1.3.3指令格式
所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT和MOV）格式如下：
7654
32
10
OP-CODE
RS
RD
其中，OP-CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，并规定：
RS或RD
选定的寄存器
00
01
10
11
R0
R1
R2
R3
IN和OUT的指令格式为：
7654
（1）
32
（1）
10
（1）
7-0
（2）
P
其中括号中的1表示指令的第一字节，2表示指令的第二字节，OP-CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，P为I/O端口号，占用一个字节，系统的I/O地址译码原理见图1-1（在地址总线单元）。
图1-1I/O地址译码原理图
由于用的是地址总线的高两位进行译码，I/O地址空间被分为四个区，如表1-1所示：
表1-1I/O地址空间分配
A7A6
选定
地址空间
IOY0
00-3F
IOY1
40-7F
IOY2
80-BF
IOY3
C0-FF
系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址，LDI指令为立即寻址，LAD、STA、JMP和BZC指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力。
LDI的指令格式如下，第一字节同前一样，第二字节为立即数。
表1-2LDI指令格式
data
LAD、STA、JMP和BZC指令格式如下：
表1-3指令格式
M
D
其中M为寻址模式，具体见表1-4，以R2做为变址寄存器RI。
表1-4寻址方式
寻址模式M
有效地址E
说明
E=D
E=（D）
E=（RI）+D
E=（PC）+D
直接寻址
间接寻址
RI变址寻址
相对寻址
1.3.4指令系统
本模型机共有16条基本指令，表1-5列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
表1-5指令格式、符号、功能
二、设计方案
本模型机的数据通路框图如图2-1所示。
图2-1数据通路框图
和前面的实验相比，复杂模型机实验指令多，寻址方式多，只用一种测试已不能满足设计要求，为此指令译码电路需要重新设计。
如图2-2所示在IR单元的INS_DEC中实现。
图2-2指令译码原理图
本实验中要用到四个通用寄存器R3…R0，而对寄存器的选择是通过指令的低四位，为此还得设计一个寄存器译码电路，在IR单元的REG_DEC（GAL16V8）中实现，如图2-3所示。
图2-3寄存器译码原理图
根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图2-3所示。
按照系统建议的微指令格式，见表2-1，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，见表2-2，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件。
表2-1微指令格式
表2-2二进制代码表
地址
十六进制表示
高五位
S3-S0
A字段
B字段
C字段
UA5-UA0
000001
00000
0000
000
000001
006D43
110
101
000011
03
107070
00010
111
001
110000
04
002405
010
011
000101
05
04B201
1001
06
002407
000111
07
013201
0010
08
106009
001001
09
183001
00011
0A
106010
010000
0B
0C
103001
0D
200601
00100
100
0E
005341
0F
0000CB
001011
280401
00101
12
06B201
1101
13
002414
010100
14
05B201
1011
15
002416
010110
16
01B201
0011
17
002418
011000
18
02B201
0101
1B
1C
10101D
011101
1D
10608C
001100
1E
10601F
011111
1F
101020
00010
100000
20
28
101029
101001
29
00282A
101010
2A
04E22B
101011
2B
04928C
2C
10102D
101101
2D
002C2E
101110
2E
04E22F
101111
2F
30
001604
000100
31
001606
000110
32
006D48
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