嵌入式CISC模型计算机,计算机组成原理课设报告

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1、编号：计算机组成原理课程设计说明书题目：设计一台嵌入式CISC模型计算机学　　院：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术学生姓名：学号：指导教师：陈智勇2013年4月11日目录1课程设计的题目22CISC模型机数据通路框图23操作控制器的逻辑框图44模型机的指令系统和所有指令的指令格式44.1总的指令格式及说明44.2具体指令格式及功能表55设计时序产生器电路66机器指令的微程序流程图67操作控制器单元的设计87.1微指令格式设计87.2微指令中各位的功能设计87.3微指令表98汇编语言源程序119机器语言源程序1110CISC模型机的顶层电路

2、图1210.1顶层电路图1210.2微程序控制器crom1410.3微地址寄存器aa1411关键元器件实现部分代码1511.1ADDR（地址转移逻辑电路）1511.2ALU（算术逻辑运算单元）1511.3TIME_COUNTER（时序产生器）1811.4PC（程序计数器）1812仿真波形图及其分析1913故障现象和故障分析2014心得体会2311课程设计的题目采用定长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：●连续输入5个有符号整数（8位二进制补码表示，用十六进制数输入），求所有负数的平方和并输

3、出显示。说明：①5个有符号数从外部输入；②一定要使用符号标志位（比如说SF），并且要使用为负的时候转移（比如JS）或不为负的时候转移（比如JNS）指令；③采用三数据总线结构的运算器，采用RAM，先将输入数据依次存放在RAM的某一连续的存储区域内，再依次读出判断是否为负数，若为负数再求其平方和。2CISC模型机数据通路框图模型机的总体设计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。该CISC模型机的CPU由运算器、控制器和高速缓冲存储器组成。采用了三数据总线结构的运算器，且CPU内部包含有指令Cache（此处简单模拟，采用ROM）和数据Ca

4、che（RAM）。其中控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成；运算器由算术逻辑运算单元（ALU）、通用寄存器（R0--R3）和状态寄存器（PSW）组成。CISC模型机的操作控制器采用微程序控制器。根据模型机要求，画出如图1所示模型机数据通路框图。第22页共25页第22页共25页图1：模型CPU的组成框图1第22页共25页1操作控制器的逻辑框图微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成，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。微程序控制器的组成原理框图说明：在T4

5、内形成微指令的微地址，并访问控制存储器，在T2的上边沿到来时，将读出的微指令打入微指令寄存器，即图中的微命令寄存器和微地址寄存器。2模型机的指令系统和所有指令的指令格式2.1总的指令格式及说明151413121110987…0操作码RsRdim/addr说明：Rs指源寄存器，Rd指目的寄存器，im指立即数，addr指地址；其中对Rs/Rd规定如下：第22页共25页Rs或者Rd选中的寄存器00R001R110R211R3对数据im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：76543210符号位尾数1.1具体指令格式及

6、功能表序号指令助记符指令格式15—1211、109、87—0功能01INIRd0001xxRdxxxx输入设备--->Rd02MOVRd,im0010xxRdim立即数--->Rd03LAD(Rs),Rd0011RsRdxxxx(Rs)--->Rd04ADDRs,Rd0100RsRdxxxxRs+Rd--->Rd05INCRd0101xxRdxxxxRd+1--->Rd06DECRd0110xxRdxxxxRd-1--->Rd07JNZaddr0111xxxxaddrZF=0时，addr--->PC08STORs,addr1000RsxxaddrR

7、s--->addr09JMPaddr1001xxxxaddrAddr--->PC0AOUT1Rs1010RsxxxxxxRs--->输出设备0BSTOIRs,(Rd)1011RsRdxxxxRs--->(Rd)0CJNSaddr1100xxxxaddrSF=0时，addr--->PC0DMULRs,Rd1101RsRdxxxxRs*Rd--->Rd0EANDRs,Rd1110RsRdxxxxRs^Rd--->Rd第22页共25页1设计时序产生器电路CISC微处理器的时钟信号CLK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。下图即为

8、节拍脉冲信号与外部时钟信号、清除信号的时序关系。由图可知，节拍脉冲信号T1、T2、T3、T4可以由以CLK为时钟输入信号输