090401003蒋佳林解析Word文件下载.docx

1、090401003学生姓名蒋佳林专业班级计算机091班课程设计（论文）题目 乘法指令流程课程设计（论文）任务利用试验箱中的电路模块组合成为一台简单计算机，数据通路的控制由微程序控制器完成，CPU从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个机器指令周期，是由微指令组成的序列完成。主要设计内容：1. 将微程序控制器同执行部件联机，组成一台模型计算机；2. 用微程序控制器控制模型机数据通路；3. 通过CPU运行机器指令，编写乘法指令所对应的微程序。要求：1、根据题目和试验箱中的电路模块设计一台简单计算机,并画出电路原理图以及微程序流程图。2、认真独立完成所规定的设计内容（4000字左右），严禁相互抄袭

2、；3、撰写、打印设计说明书一份。指导教师评语及成绩平时成绩： 论文质量：答 辩：总成绩 ： 指导教师签字：学生签字： 2012 年 1 月 6 日目 录第1章 一台模型计算机的设计方案 11.1 引言 11.2 总体方案论述 1第2章 一台模型计算机的硬件设计 32.1 数据通路的设计 32.2 微程序控制器的设计 52.3 模型机的设计与调试 7第3章 微程序设计 103.1 微程序流程图 103.2 微程序代码的设计与测试 10第4章 课程设计总结 12参考文献 13第1章 一台模型计算机的设计方案1.1 引言本次课程设计用到的电路包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程序计数器、指令寄存器、

3、微程序控制器等，将几个模块组合成为一台简单计算机。计算机模型采用了数据总线和指令总线双总线体制能实现流水控制。控制器有微程序控制器或者硬布线控制器两种类型，每种类型又有流水和非流水两种方案。寄存器堆由1片ispLSI1016组成，运算器由1片ispLSI1024组成。实验台上包括了1片系统编程芯片ispLSI1032,可用它实现硬件布线控制。1.2 总体方案论述1.2.1 系统组成框图图1系统总体框图1.2.2乘法指令流程设计任务1利用机器指令系统编制简单程序，要求至少使用其中五条指令，对自己编制的简单程序进行译码，手工汇编成十六进制机器代码。2参考计算机组成原理课程设计指导书的步骤完成连线，

4、控制器是控制部件，数据通路是执行部件，时序产生器是时序部件。连线包括控制台、时序部分、数据通路和微程序控制器之间的连接。3将上述任务（1）中的程序机器代码用控制台操作存入内存中，并根据程序的需要，用数码开关SW7SW0设置通用寄存器及内存相关单元的数据。4用单拍（DP）方式执行一遍程序，列表记录通用寄存器堆RF中寄存器的数据，以及RAM中的数据，与理论分析值做作对比。单拍方式执行是注意观察微地址指示灯、IR/DBUS指示灯、AR2/AR1指示灯和判断字段指示灯的值，以跟踪程序中取指令和执行指令的详细过程。5以单指（DZ）方式重新执行程序一遍，注意观察IR/DBUS指示AR2/AR1指示灯的值。

5、执行结束后，记录RF中四个寄存器的数据，以及RAM中的数据，与理论分析值作对比。6以连续方式（DB、DP、DZ都设为0）再次执行程序。这种情况相当于计算机正常运行程序。由于程序中有停机指令STP，程序执行到该指令时自动停机。第2章 一台模型计算机的硬件设计2.1 数据通路的设计图2数据通路框图2.1.1 运算器 ALU运算器ALU由一片ispLS1024（U47）组成，在选择端S2、S1、S0控制下，对数据A和B进行加、减、与、直通、乘五种运算，功能如下：表1操作功能表选择操作S2S1SOA&B1A（直通）A+BA-BA（低4位）*B（低4位）进位C只在加法和运算和减法运算是产生。加运算中，C

6、表示进位；减运算中，C代表借位。加、减运算产生的进位（借位）在T4的上升沿送入C寄存器保存。与、乘、直通操作不影响进位C的状态，即进位C保持不变。当ALU_BUS=1时，运算结果送往数据总线DBUS。加、减运算产生的进位（借位）C与控制台的C指示灯相连。2.1.2 存储器双端口存储器由一片IDT7132（U36）及少量附加控制电路组成。IDT7132是2048字节的双端口静态随机存储器，本机实际使用256字节。IDT7132两个端口可同时进行读、写操作。在本机中，左端口的数据连接数据总线DBUS，可进行读、写操作，右端口数据和指令总线INS连接，输出到指令寄存器IR，作为只读端口使用。存储器I

7、DT7132有6个控制引脚：CEL#、LRW、OLE#、CER#、RRW、OER#。CEL#、LRW、OLE#控制左端口读、写操作，CER#、RRW、OER#控制右端口读、写操作。CEL#为左端口选择引脚，低有效，为高时禁止左端口操作；LRW为高时，左端口进行读操作，LRW为低时，左端口进行写操作；OER#为低时，将左端口读出的数据放到数据总线DBUS上。CER#、RRW、OER#控制右端口读、写操作的方式与CEL#、LRW、OER#控制左端口读、写操作的方式类似，不过右端口读出的数据放到指令总线上而不是数据总线上。本机设计中，OER#已固定接地，RRW固定接高电平，CER#有CER反相产生。

8、当CER=1时，右端口读出数据，并放到指令总线INS上；当CER=0时，禁止右端口操作。左端口的OLE#由LRW反相产生，不需单独控制。当CEL#=0且LRW=1时，左端口进行读操作；当CER#=0且LRE=0时，在T3的上升沿开始进行写操作，将数据总线DBUS上的数据写入存储器。2.1.3 输入与输出开关寄存器SW_BUS（U38）是1片74HC244，用于将控制台开关SW7SW0的数据送往数据总线DBUS。当SW_BUS#=1时，禁止开关SW7SW0的数据送往数据总线DBUS；当SW_BUS#=0时，允许开关SWSW0的数据送往数据总线DBUS。通过SW7SW0输入数据，把数据输入到ER中

9、，然后分别RF中的中的R0R3中，然后通过选择，分别通过A、B端口送入DR1和DR2。然后送入ALU进行相应的运算，再把结果通过DBUS送入RAM进行存储。然后再通过SW7SW0输入数据，通过DBUS送入RAM中，读取RAM中相应单元的数据，并把指令通过INS送入IR，在送入控制器中，然后经过一系列的传送通过数据指示灯显示出来。2.2微程序控制器的设计图3微程序控制器2.2.1 机器指令格式根据下列表的代码格式。产生不同的功能，完成各个任务。表2指令格式表名称助记符功能指令格式 R7 R6 R5 R4R3 R2R1 R0加法ADD Rd，RsRd+Rs-Rd0 0 0 0RS1 RS0RD1

10、RD0减法SUB Rd，RsRd-Rs-0 0 0 1乘法MUL Rd，RsRd*Rs-0 0 1 0逻辑与AND Rd，RsRd&Rs-0 0 1 1存数STA Rd，RsRd-Rs0 1 0 0取数LDA Rd，RsRs-0 1 0 1无条件转移指令JMP RsPc1 0 0 0X X条件转移JC D若C=1则PC+D-PC1 0 0 1D3 D2D1 D0停机STP暂停运行0 1 1 0中断返回IRET返回断点1 0 1 0开中断INTS允许中断1 0 1 1关中断INTC禁止中断1 1 0 0表3控制台指令格式表SWCSWBSWA工作方式PR， 启动程序KRD，读双端口存储器KWE，写

11、双端口存储器KLD，加载寄存器存器堆KRR，读寄存器堆2.2.2 电路设计使用计算机组成原理实验的电路图，但本次课设加入中断系统。设计一个简单的中断系统模型，只支持单级中断、单个中断请求，有中断屏蔽功能，旨在说明最基本的原理。中断屏蔽控制逻辑分别集成在2片GAL22V10（TIMER1和TIMER2）中。其ABEL语言表达式如下：INTR1:=INTR；INTR1.CLK=CLK1；IE:=CLR&INTS#CLR&IE&!INTC；IE.CLK=MF；INTQ=IE&INTR1；其中CLK1是TIMER1产生的时钟信号，它主要是作为W1W4的时钟脉冲，这里作为INTR1的时钟信号，INTE的

12、时钟信号是晶振产生的MF。INTS微指令位是INTS机器指令执行过程中从控制存储读出的，INTC微指令位是INTC机器指令执行过程中从控制存储器读出的。INTE是中断允许标志，控制台有一个指示灯IE显示其状态，它为1时，允许中断，为0时，禁止中断。当INTS=1时，在下一个MF的上升沿IE变1，当INTC=1时，在下一个MF的上升沿IE变0。CLR信号实际是控制台产生的复位信号CLR#。当CLR=0时，在下一个CLK1的上升沿IE变0。当CLR=1且INTS=0且INTC=0时，IE保持不变。INTR是外部中断源，接控制台按钮INTR。按一次INTR按钮，产生一个中断请求正脉冲INTR。INT

13、R1是INTR经时钟CLK1同步后产生的，目的是保持INTR1与实验台的时序信号同步。INTR脉冲信号的上升沿代表有外部中断请求到达中断控制器。INTQ是中断屏蔽控制逻辑传递给CPU的中断信号，接到微程序控制器上。当收到INTR脉冲信号时，若中断允许位INTE=0，则中断被屏蔽，INTQ仍然为0；若INTE=1，则INTQ=1。为保持中断的断点地址，以便中断返回，设置了一个中断地址寄存器IAR。第二节图4中的IAR（U19）就是这个中断地址寄存器，它是一片74HC374，有LDIAR和IAR_BUS#两个信号输入端，均连接至微程序控制器。LDIAR信号的上升沿到达时，来自程序计数器PC的地址会置入IAR中。IAR_BUS#为0时，保存在IAR中的断点地址会输出到数据总线DBUS上。由于本实验系统只有一个断点寄存器而无堆栈，因此仅支持一级中断而不支持多级中断。中断向量即中断服务程序的入口地址，在本实验仪中由8位数码 开关SW7SW0提供。2.3 模型机的设计与调试2.