计算机组成原理CPU设计.doc

《计算机组成原理CPU设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、1CPU的用途字长：8位D[7…0]寻址范围：64byte,2的6次方＝64，A[5…0]2确定ISA（包括程序员可访问的寄存器）1）程序员可访问的寄存器AC—8位累加器CPU的指令集（共4条）指令操作码操作COM00XXXXXXAC←AC’(取反)JREL01XXXXXXPC←PC+00AAAAAAOR10XXXXXXAC←AC∨M[00AAAAAA]SUB111AAAAAAAC←AC－M[00AAAAAA]－12）其他寄存器AR地址寄存器6位由A[5…0]向存贮提供地址PC程序计数器6位指向下一条指令的地址DR数据寄存器8位通过D[7…0]从存贮器接收指令和数据IR指令寄存器2位存放从存

2、贮器中取回的指令的操作码部分3CPU设计状态图为了确定CPU的状态图，对每条指令作以下分析1）从存贮器中取指令（所有指令均相同）原理：在CPU能执行指令之前，它必须从存贮器中取出，CPU通过执行如下的操作序列完成这个任务A）选择存贮单元由A[5…0]确定B）对工A[5…0]译码，延迟，并向存贮器发一个信号使存贮器将此指令输出到它的输出引脚。这些引脚与CPU的D[7…0]相连。CPU从这些引脚读入数据。具体操作：（分为三个状态）A）要取的指令的地址存放在程序计数器（PC）中。第一步就是把PC的内容拷贝到AR中。FETCH1：AR←PCB）CPU必须从存贮器中读取指令，为此CPU必须发一个REA

3、D信号到器的RD（RD－RAM,相对于OE－ROM)端上使存贮器将数据发送到D[7…0]上，存入CPU的DR寄存器中。同时实现PC←PC+1，为取下一条指令作准备。FETCH2：DR←M，PC←PC+1C）作为取指令的一部分，CPU还必须完成两件事。①DR的高2位拷贝到IR，目的是确定指令的功能②DR的低6位拷贝到AR，目的：a.对于ORT和SUB1指令这6位包含了指令的一个操作数的存贮器地址（一个数已经在AC）b.-14-对于COM和JREL，它们不需要再次访问存贮器，一旦它们返回到FETCH1周期，FETCH1将把PC的值装到AR，覆盖无用的值。FETCH3：IR←DR[7,6],AR←

4、DR[5…0]取指令周期的状态图FETCH3FETCH2FETCH11）指令译码（每条指令的操作码都是唯一的）本CPU有四条指令，因此有四个不同的执行同期，为此用IR中的值来确定即可。FETCH1FETCH2FETCH3COM执行周期OR执行周期SUB1执行周期IR=00IR=01IR=10IR=11JREL执行周期2）指令执行（每条指令的执行周期都是一样的）每条指令的执行周期的状态分析：1．COM指令功能是对AC的内容取反，执行周期的状态是COM1:AC←AC’2.JREL指令代码为01AAAAAA，即转移的相对地址由AAAAAA确定，而AAAAAA在DR[5…0]中，所以有JREL1：P

5、C←PC+DR[5…0]3．OR指令为了执行指令，必须完成两件事情OR1：DR←M；从存贮器取出一个操作数送到数据寄存器OR2：AC←AC∨DR；与AC相或，并把结果存回AC中4.SUB1指令为了执行指令，必须完成两件事情-14-SUB11：DR←M；从存贮器取出一个操作数送到数据寄存器SUB12：AC<-AC+DR'；对DR取反，等于－DR－1综上所述可知CPU的完全状态图如下FETCH1FETCH2FETCH3COM1OR1JREL1SUB11IR=00IR=01IR=10IR=11OR2SUB124设计必要的数据通路和控制逻辑，以便实现这个有限状态机，最终实现这个CPU。状态图以及寄存

6、器的传输说明了实现本CPU所须完成工作（方法和步骤如下）1）与CPU的每个状态相关联的操作（共九个状态）FETCH1：AR←PCFETCH2：DR←M，PC←PC+1FETCH3：IR←DR[7,6],AR←DR[5…0]COM1:AC←AC’JREL1：PC←PC+DR[5…0]OR1：DR←M；OR2：AC←AC∨DR；SUB11：DR←M；SUB12：AC<-AC+DR'2）建立数据通路的原理和方法A．存贮器是通过引脚D[7…0]将数据送给CPU。B．存贮器的地址是通过地址引脚A[5…0]从AR中获得的。于是CPU与存贮器之间要A[5…0]（地址）和D[7…0]（数据）通路，如下图-1

7、4-88ARACDRIRPCMCLKA[5…0]D[7…0]886622266666688881）总线类型的确定方法原理：首先把操作数重新分组，依据是指导修改同一个寄存器的操作分配在同一组。AR：AR←PC，AR←DR[5…0]PC：PC←PC+DR[5…0]，PC←PC+1DR：DR←M，IR：IR←DR[7,6]，AC：AC<-AC+DR'，AC←AC∨DR，AC←AC’决定每个部件应完成的功能a>AR，