计算机组成原理课程设计汇编.docx

1、计算机组成原理课程设计汇编大连海事大学课程设计报告课程名称：计算机组成原理课程设计成 员： 刘 袁设计时间：2015年8月31日至9月11日考核记录及成绩评定题目复杂模型机设计实验完成的主要工作1 读懂系统电路图，了解电路的原理和数据通路以及相关部分的关系2 掌握各被控部件的控制电位与微指令之间的关系3 自行设计异或、同或等指令4 改动部分微指令，实现寄存器间接寻址进行异或运算5 将寄存器间接寻址用于异或指令成员分工共同完成：研究了解微指令的设计过程搜集相关资料根据实验指导电路图连接电路，联机运行累加求和运算排除硬件和程序故障撰写设计报告。刘：寄存器间接寻址袁：异或运算综合评语（设计方案、实践

2、环节、问题解答、设计报告）成绩222013刘222013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

3、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。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。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。利用实现的指令编写程序，对设计工作进行验证。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

4、格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为位，8位全用来表示数据（最高位不表示符号） ，数值表示范围是： 0X281。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、

5、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：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODERSRD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00011011R0R1R2R3IN 和 OUT 的指令格式为：7 6 5 4 (1)3 2 (1)1 0 (1)7-0 (2)OP-CODERSRDP其中括号中的1表示指令的第一字节，2表示指令

6、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1-1 I/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1-1 I/O地址空间分配A7 A6选定地址空间00IOY000-3F01IOY140-7F10IOY280-BF11IOY3C0-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

7、前一样，第二字节为立即数。表1-2 LDI指令格式7 6 5 4 (1)3 2 (1)1 0 (1)7-0 (2)OP-CODERSRDdataLAD、STA、JMP 和 BZC 指令格式如下：表1-3 指令格式7 6 5 4 (1)3 2 (1)1 0 (1)7-0 (2)OP-CODEMRDD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00011011E = DE = (D)E = (RI) + DE = (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

8、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R3R0，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

9、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-S0A字段B字段C 字段UA5-UA00000 00 010000000000000000000000010100 6D 430000000001101101010000110310 70 700001000001110000011100000400 24 050000000000100110000001010504 B2 01000001001011001000000001060

10、0 24 070000000000100110000001110701 32 010000000100110010000000010810 60 090001000001100000000010010918 30 010001100000110000000000010A10 60 100001000001100000000100000B00 00 010000000000000000000000010C10 30 010001000000110000000000010D20 06 010010000000000011000000010E00 53 41000000000101001101000

11、0010F00 00 CB0000000000000000110010111028 04 010010100000000100000000011110 30 010001000000110000000000011206 B2 010000011010110010000000011300 24 140000000000100110000101001405 B2 010000010110110010000000011500 24 160000000000100110000101101601 B2 010000000110110010000000011700 24 18000000000010011

12、0000110001802 B2 010000001010110010000000011B00 53 410000000001010011010000011C10 10 1D0001000000010000000111011D10 60 8C0001000001100000100011001E10 60 1F0001000001100000000111111F10 10 2000010 00000010000001000002010 60 8C0001000001100000100011002810 10 290001000000010000001010012900 28 2A00000000

13、00101000001010102A04 E2 2B0000010011100010001010112B04 92 8C0000010010010010100011002C10 10 2D0001000000010000001011012D00 2C 2E0000000000101100001011102E04 E2 2F0000010011100010001011112F04 92 8C0000010010010010100011003000 16 040000000000010110000001003100 16 060000000000010110000001103200 6D 480000000001