16位CPU综合设计 计算机组成原理课程设计

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1、西安科技大学高新学院计算机组成原理课程设计题目16位CPU综合设计专业及班级计算机科学与技术06级组长卢燕妮成员赵雯、徐静蕾、刘佳、王大伟、焦彤指导教师温乃宁日期2009年1月目录1教学目的、任务与实验设备11.1学习目的11.2学习任务12CPU指令系统的设计12.1指令格式12.2寻址方式22.3指令类型33运算器的设计53.1SN74181概述63.2ALU的组成74数据通路结构的建立84.1部件设置84.2总线与数据通路结构94.3各类信息的传送路径94.4微命令的设置115组合逻辑控制器的

2、设计125.1功能描述和结构125.2输入和输出端口定义125.3指令译码器135.4时序发生器165.5编码器175.6微操作信号发生器186下载调试和验证196.1实验接线196.2连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。206.3写微程序和程序206.4运行程序227设计总结及体会238参考文献231教学目的、任务与实验设备1.1学习目的从计算机的基本概念、基本组成及基本功能着手，对计算机的各个基本组成部件及控制单元的工作原理进行学习，掌握有关软、硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件有机连接构成

3、整机系统的方法，为培养自身对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。通过本门课程的学习，能在自己的脑中建立计算机的整机概念。1.2学习任务掌握数字化信息编码及运算方法，运算器的逻辑构成；熟悉半导体存储器、磁表面存储器基本原理，掌握存储体系构成；掌握寻址和指令系统；熟悉中央处理器组成、时序控制方法，掌握控制器设计技术；熟悉系统总线和I/O系统。⑴设计根据课程设计要求，分别建立CPU的指令系统，利用运算器设计实验结果，设计组合逻辑控制器，设计数据通路结果框图等。⑵调试把设计结果下载到实验版上，通

4、过执行指令对设计进行验证⑶实验设备①PC机一台②DVCC试验箱③各种实验多需要的跳线，连接线等2CPU指令系统的设计2.1指令格式模型机采用定长的指令格式，每条指令16位字长，占据一个存储单元。由于指令字长有限，采用寄存器寻址，即指令格式给出寄存器号，根据不同的寻址方式形成相应的地址。模型机的指令格式有三类：(1)双操作数值令格式1512119865320操作码寄存器号寻址方式寄存器号寻址方式目的寄存器源寄存器四位操作码可以表示16种操作。(1)单操作指令格式15121165320操作码（可扩展）寄

5、存器号寻址方式目的(2)转移指令格式151211986543210操作码寄存器号寻址方式N’Z’V’C’转移地址转移条件2.2寻址方式模型机的特点是指令中直接给出寄存器编号，供CPU访问。可编程的寄存器包括寄存器R0~R3，堆栈指针SP，程序计数器PC，程序状态字PSW，针对同一种寻址防护四编码，指定不同的寄存器，派生出多种不同的寻址方式。模型机的常用的寻址方式：表1类型编号寻址方式助记符可指定的寄存器定义0型(000)寄存器寻址RR0~R3，SP，PC，PSW寄存器的内容为操作数1型(001)寄存

6、器间址(R)R0~R3寄存器的内容为操作数地址2型(010)自减型寄存器寻址-(R)-(SP)R0~R3寄存器内容减1后的操作数地址SP内容减1后为堆栈地址3型(011)立即/自增型寄存器寻址(R)+(SP)+(PC)+R0~R3寄存器的内容为操作数的地址，访问该地址后寄存器内容加1SP内容为栈顶地址，出栈后SP加1PC内容为立即数地址，取数后PC内容加14型(100)直接/间接寻址@(R)+@(PC)+R0~R3寄存器的内容为间接地址，访问地址后寄存器内容加1PC内容为间接地址，访问后PC内容加1

7、5型(101)变址/相对寻址X(R)X(PC)R0~R3变址寄存器内容与形式地址之和为操作数地址PC内容与位移量之和为有效地址6型(110)跳步SKP执行再下条指令在正式编码中就可以用该表中的类型来指定相应的寻址方式。2.3指令类型根据模型机的指令格式，操作码有4位，线设置了15种指令(其中两种指令共用一个操作码)，余下的两种操作码组合可以供扩展。按操作数的多少，把模型机的指令分为双操作数指令和单操作数指令两大类；按指令本身的功能，把这些指令分为传送，运算，转移等3类。模型机的指令类型如下表：表2操

8、作码助记符含义操作码助记符含义00000001001000110100010101100111MOVEADDSUBANDOREORCOMNEG传送加减与或异或求反求补1000100110101011110011001101INCDCSLSRJMPRSTJSR加1减1左移右移转移返回转子⑴传送指令MOV可以采用不同的寻址方式来预置寄存器或者存储单元，实现见存期和寄存器之间，寄存器与存储单元，各存储单元之间的信息传送，还可以实现堆栈操作POP、PUSH。⑵双操作数指令AD