简单的cpu设计

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1、CPU伽10计算机科学与技术姓名：谢XX学号：201040200XX一.非常简单的CPU设计规范:1.确定CPU的用途：为64个字节，并且要求能实现4条简单的指该CPU的字长为8位，寻址范令。2.确定ISA:要实现的指令集如下：指令指令码操作COMooxxxxxxAC-ACZJREL01AAAAAAPC-PC+OOAAAAAAOR1OAAAAAAAC—ACVM[00AAAAAA]SUB111AAAAAAAC一AC-M[OOAAAAAA]-1要实现该CPU的功能，还需要一些寄存器完成取指，译码和执行的步骤.•AR（地址寄存器）一6位，由A[7..0]向存贮器提供地址PC（

2、程序计数器）一6位，指出下一条指令的地址DR（数据寄存器）—8位，通过D[7..O]从存贮器接收指令和数据IR（指令寄存器）一2位，存放从存贮器中取回的指令的操作码部分1.为CPU设计状态图：为丫确定CPU的状态图，需对每条指令作如下分析：①从存贮器中取指令②指令译码③指令执行一.从存贮器中取指令:⑴原理：根据冯•诺依曼型的原理（指令在存贮器中顺序存放），在CPU能执行指令之前，它必须将这条指令从存贮器中取出，CPU通过执行如下的操作序列完成这个任务：①选择存贮单元由A[5..0]确定②对A[5..O]译码、延迟并向存贮器中发一个信号，使存贮器将此指令输出到它的输出引脚

3、。这些引脚与CPU的D[7..0]相连接。CPU从这些引脚读入数据。⑵具体的操作①要取的指令的地址存放在程序计数器（PC）中。由于A[5..O]从地址寄存器AR中。这样，取指令周期的第一个状态就是:FETCH1:AR〜PC这一状态的意义是当FETC11为真时，把PC的值送到AR，执行微操作AR-PC,以下同理。②CPU必须存贮器中读取指令。为此CPU必须发•一个READ信号到存贮器的RD端使存贮器将数据送到D[7..O]上。同时，CPU读进该数据并放到DR中，因为DR是用来访问存贮器的唯一寄存器。同时还实现微操作PC—PC+1，为取下一条指令作准备。EETCH2:DR—

4、M,PC—PC+1③作为取指令的一部分，CPU还必须完成两件事。•DR的高2位拷贝到IR,母的是确定指令的功能（即将指令的操作码读入IR）•DR的第六位拷災到AR。FETCH3:IR一DR[7..6]，AR一DR[5..0]图1-1CPU的取指周期一.指令译码:由于本CPU只有四条指令，用不同的IR的值来确定四个不同的执行周期:FETCH1FETCH2执行执行周期周期执行执行周期周期.指令执行:1.COM指令COM1：AC-ACz:将AC取反，再将结果送回AC中。（在AC的数字电路中实现AC的取反操作）2.JREL指令该指令操作码为O1AAAAAA，即是将PC加上AAA

5、AAA再送回到PC。JPEL1：PC—PC+DR;数据寄存器DR和PC的数相加，并把结果存回PC中。3.OR指令要完成该指令，CPU要做两个步骤：0R1：DR-M；从存贮器取出一个操作数送到数据寄存器中（M的地址是由A[5..O]确定的）0R2：AC—ACVDR;数据寄存器DR和AC的数做或操作，并把结果送回AC中。4.SUB1指令SUB1指令的执行周期与OR指令相类似，同样也要两个步骤：SUB11：DR-M；从存贮器取出一个操作数送到数据寄存器中SUB12：AC—AC-DR-1;将AC中的数减去数据寄存器DR再减去1，并把结果放回AC中。综上，可以得到CPU的完全状态

6、图：五.建立所需要的数据通路：1.与CPU的每个状态相关联的微操作（共9个状态）FETCH1：AR-PCFETCH2：DR—M,PC—PC+1FETCH3:IR—DR[7..6]，AR—DR[5..O]C0M1：AC-ACzJPEL1：PC一PC+DR0R1：DR<-M0R2：AC-ACVDRSUB11：DR<-MSUB12：AC—AC-DR-11.建立数据通路的原理和方法存贮器数据通路的原理：①存贮器是通过引脚D[7..0]将数据送给CPU的8位内部总线。②存贮器的地址确定是通过地址引脚A[5..O]和D[7..O]通路，如图1-3图1-3CPU初步的寄存器部分CPU

7、的内部数据通路：该CPU的内部数据通路采用在总线的方式，右利于满足各种寄存器数据交换的需要，减少数据通路1.CPU内部寄存器控制信号的定义和确定方法1).原理：首先把各种操作重新分组，依据是把修改同一个寄存器的操作分配在同一组。本CPU共有九种状态，五个寄存器的分配情况如下：AR:AR<-PC；AR-DR[5..0]PC:PC-PC+1；PC〜PC+DRDR:DR<-MIR:IR-DR[7..6]AC:AC一AC';AC-ACVDR；AC一AC-DR-12).决定每个部件应完成的功能(1)AR,DR,IR这三个寄存器总是从其他一些部件中装