计算机组成原理课设论文

计算机组成原理课程设计

题 目：学 院：专 业：姓 名：学 号：指导教师： 计算机原理课程设计 计算机科学与工程学院 计算机科学与技术 孤狼 1100310315

2014年03月 20

日

目录

一.课程设计选题和完成内容 .................................................................................................................. 2 二、系统的总体设计 ............................................................................................................................... 2

2.1 嵌入式CISC模型机的数据通路框图 ..................................................................................... 2 2.2 系统的操作控制器的逻辑框图 ................................................................................................ 2 2.3模型机的指令格式 ..................................................................................................................... 3 2.4编写汇编源程序 ......................................................................................................................... 5 2.5最终机器码……………………………………………………………………..........................5 三、时序产生器…………………………………………………………………………………………5 四、 微程序控制器的设计 ..................................................................................................................... 6

4.1设计微指令流程图 .................................................................................................................... 6 4.2 设计微指令格式和微指令代码表 ............................................................................................ 8 4.3设计地址转移逻辑电路 ........................................................................................................... 10 五、单元电路设计 ................................................................................................................................. 10

5.1模型机顶层电路设计…………………………………………………………………...…….11 5.2模型机crom单元电路设计……………………………………………………………..…….12 六、设计过程所遇到的问题及解决记录 136.1JNS

无

法

完

成

循

环

跳

转……………………………………………………………………..13

6.2 STO（ STO R2 (R0) ）存储位置每次都为00H…………………………………………..13 七、测试及结果分析 ............................................................................................. 错误！未定义书签。 八、心得体会总结 ................................................................................................................................. 16 九、附录 ................................................................................................................................................. 16 各个单元的电路设计或VHDL源文件

1

一.课程设计选题和完成内容

选题：本设计选择题目为A类第一题

题目：设计一台嵌入式CISC模型计算机

采用定长CPU周期、联合控制方式，并运行能完成一定功能的机器语言源程序进行验证，机器语言源程序功能如下： A类（最高成绩为“优”）：

●输入包含5个整数（有符号数）的数组M，输出所有负数的平方和。（非卓越班） ●输入包含5个整数（有符号数）的数组M，输出最大负数的绝对值。（非卓越班） ●输入包含10个整数（无符号数）的数组M，输出众数（出现次数最多的数）及其出现的次数。（卓越班）

●输入包含10个整数（无符号数）的数组M，输出中位数。（卓越班）

说明：A类题目的嵌入式模型计算机内必须设计和使用RAM存储器读写数据，相应地需要设计对RAM存储器数据的读写指令，以及对RAM中数组操作必须的寄存器间接寻址方式等。 B类（最高成绩为“良”）：

●输入5个整数（有符号数），输出所有负数的平方和。（非卓越班） ●输入5个整数（有符号数），输出最大负数的绝对值。（非卓越班）

●输入5个整数（有符号数），输出它们的平均值，以及小于此平均值的数的个数。（卓越班）

要完成的内容：

1.完成系统的总体设计，画出模型机数据通路框图； 2.设计微程序控制器（CISC模型计算机）的逻辑结构框图； 3.设计机器指令格式和指令系统； 4.设计时序产生器电路；

5.设计所有机器指令的微程序流程图； 6.设计操作

7.的所有单元电路，并用VHDL语言（也可使用GDF文件--图形描述文件） 8. 对模型机中控制器单元；

设计模型机的各个部件进行编程，并使之成为一个统一的整体，即形成顶层电路。 9.由给出的题目和设计的指令系统编写相应的汇编语言源程序；

9.根据设计的指令格式，将汇编语言源程序手工转换成机器语言源程序，并将其设计 到模型机中的 ROM中去；

10.使用EDA软件进行功能仿真，要保证其结果满足题目的要求；（其中要利用EDA软 件提供的波形编辑器，选择合适的输入输出信号及中间信号进行调试。）

2

二、系统的总体设计

2.1 嵌入式CISC模型机的数据通路框图

图2-1

2.2 系统的操作控制器的逻辑框图

3

2.3模型机的指令格式

这里，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个微程序。

此模型的系统共设计了共有10 条指令，分别为：IN，MOV，LAD，STO，INC，JNS, ADD，MUL， OUT，TEST。

2.3.1具体指令格式如下：

微地址 助记符号 000001 MOV Rd,im 000010 INT Rd 000011 STO Rs,(Rd) 000100 000101 000110 INC Rd DEC Rd TEST Rd 指令格式 15--12 11 10 9 8 0001 xx Rd 0010 xx Rd 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 Rs xx xx xx xx Rs Rs Rs Rs Rd Rd Rd Rd xx Rd Rd Rd xx 指令功能 7 -----0 im 立即数im→Rd xx 将输入数据存到Rd寄存器 xx xx xx xx addr xx xx addr xx (Rs)--->((Rd))将Rs的内容存到Rd地址中 (Rd)+1→Rd锁存SF和ZF (Rd)-1→Rd锁存SF和ZF 测试 (Rd)是否为负，锁存SF 若不为负数，则addr→PC ((Rs))--->Rd 将Rs地址的内容读到Rd (Rs)*(Rd)-->Rd (Rs)+(Rd)-->Rd (Rs)→OUTBUS 000111 JNS addr 001000 LAD(Rs)，Rd 001001 001010 001011

MUL Rs Rd ADD Rs,Rd OUT Rs 2.3.2对Rs和Rd的规定:

2.3.3

Rs或Rd 0 0 0 1 1 0 1 1 选定的寄存器 R0 R1 R2 R3 模型机规定数据的表示采用定点整数补码表示，单字长为8位，其

格式如下:

7 6 5 4 3 2 1 0 符号位 尾数

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