组成原理课程设计报告---嵌入式的8位cisc模型机设计

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1、嵌入式的8位CISC模型机设计目录一、实验目的二、设计题目及要求三、设计方案：1.模型机的总体设计2.微程序控制器的组成原理框图3.模型机机器指令格式和指令系统4.时序产生器的设计原理及时序波形图5.微程序流程图6.汇编语言源程序四、设计的过程与步骤五、模型机的各单元VHDL源程序六、模型机系统顶层电路图七、模型机的时序仿真波形图八、设计总结九、参考文献嵌入式的8位CISC模型机设计一、实验目的：1.通过课程设计加深对计算机各功能部件的理解；掌握数据信息流和控制信息流的流动和实现过程，建立起整机概念；培养设计、开发和调试计算机的能力。2

2、.提高使用EDA工具软件和可编程器件芯片的基本技能。3.培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践和经验。二、设计题目及要求：设计一台8位的CISC模型机，要求具有以下验证程序所要求的功能：求出1到任意一个整数N之间的所有奇数之和并输出显示，和单字节长。说明：N从开关输入，和数码管输出，然后输出显示停止。三、设计方案：1.模型机的总体设计模型机的总体设计的内容包括确定各种部件的设置以及它们之间的数据通路结构。CISC模型机由CISC微处理器、地址寄存器AR、ROM和RAM存储器等组成。微处理器由算术逻辑运算单元ALU、状态

3、条件寄存器、累加器AC、数据暂存器DR、通用寄存器R0～R2、程序计数器PC、指令寄存器IR、操作控制器和时序产生器组成。CISC模型机的操作控制器采用微程序控制器。根据模型机功能要求，画出如图1所示模型机数据通路框图。图1模型机数据通路框图2.微程序控制器的组成原理框图微程序控制器组成原理框图如图2所示。它主要由控制器、微指令寄存器和地址转移逻辑电路三大部分组成，其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。图2微程序控制器组成原理框图3.模型机机器指令格式和指令系统CISC模型机的指令系统采用复杂的指令格式、多种指令字长度和

4、多种寻址方式，但指令功能强大，单条指令的执行速度较慢。为了完成题目所要求的功能，模型机的指令系统共设计了8条不同的功能指令。指令字长度有单字长（1个字节）和双字长（2个字节）两种；寻址方式有三种，分别是寄存器寻址、直接寻址和立即寻址。这8条指令是IN1（输入），MOV（将一个数送入寄存器），CMP（比较），JB（小于跳转），ADD（两数相加），INC（自增1），JMP（无条件跳转），OUT1（输出）。下面分别介绍这些指令的格式：（1）、I/O指令输入（IN1）采用单字节指令，其格式如下：输入（OUT1）采用单字节指令，其格式如下：说明：

5、RS为源寄存器，RD为目的寄存器。（2）、转移指令条件转移指令（JB）和无条件转移指令（JMP）采用双字节指令，其格式如下：“addr”中的值就是要转移的地址值。（3）、比较指令和相加指令比较（CMP）指令和相加指令（ADD）采用单字节指令，其格式如下：（4）、MOV指令MOV指令采用双字节指令，其格式如下：说明：“data”为立即数。（5）、自增指令自增1指令（INC）指令采用单字节指令，其格式如下：以下是对Rs和Rd的规定：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：模型机的指令系统中共有8条基本指令，表1列

6、出每条指令的助记符号、指令格式和功能。表18条机器指令的助记符号、指令格式和功能4.时序产生器的设计原理及时序波形图CISC微处理器的时钟信号Q和清除信号CLR由外部输入，节拍脉冲信号Ti由时序产生器产生。图4-14描述了节拍脉冲信号与外部时钟信号、清除信号的时序关系。由图3可以看出，节拍脉冲信号T1、T2、T3、T4实际上是以Q为时钟输入信号的计数状态经过译码器译码后生成的，因此可写出节拍脉冲信号的逻辑表达式，并用VHDL语言实现之，然后将它创建为一个元件符号，供顶层电路调用。图3T1、T2、T3、T4与CLR、Q之间的时序关系图如果

7、系统的时钟控制信号（即工作脉冲P）是在T1、T2、T3或T4的中间产生，且上升沿有效，则它产生方法是：先将Q取反，再和节拍脉冲信号Ti相“与”得到。如图4所示。图4时钟控制信号的形成方法5.微程序流程图根据模型机的数据通路图（图1）以及所有指令在CISC模型机中的操作过程，画出所有机器指令的微程序流程图，如图5所示。图中每个框为一个CPU周期（包含T1～T4共4个节拍脉冲周期）对应于一条微指令。框中上面的十六进制数表示的是当前微指令在控制存储器中的微地址；框中下面的十六进制数表示的是当前微指令的后续微坡地。在编写微指令时，图中的菱形框从

8、属于它上面的方框。图5CISC模型机中所有机器指令的微程序流程图6.汇编语言源程序算法思想为：采用R0寄存器存放从开关输入的任意一个整数，R1存放准备参加累加运算的奇数，R2存放累加的和，用一个循环程序实现