计算机组成原理课设报告(沈阳理工大学)

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1、沈阳理工大学课程设计专用纸№1沈阳理工大学多寄存器算术加存取功能实验计算机设计第1章实验计算机的设计1.1设计整机逻辑框图本系统的结构组成为1基板:本部分是8位机和16位机的公共部分包括以下几个部分数据输入和输出显示及监控脉冲源及时序电路数据和地址总线外设控制实验电路单片机控制电路和键盘操作部分与PC机通讯的接口主存储器电源CPLD实验板(选件)自由实验区面包板。2CPU板本板分为8位机和16位机两种除数据字长分别为8位和16位以外都包括以下几个部分微程序控制器运算器寄存器堆程序计数器指令寄存器指令译码

2、电路地址寄存器数据、地址和控制总线。运算器由算术逻辑单元ALU、累加寄存器、数据缓冲寄存器、和状态条件寄存器组成它是数据加工处理部件。相对控制器而言运算器接受控制器的命令而进行动作即运算器所进行的全部操作都是有控制器发出的控制信号来指挥的所以它是执行部件.存储器:是保存或“记忆”解题的原始数据和解题步骤。在运算前需要把参加运算的数据和解题步骤通过输入设备送到存储器中保存。微程序控制器:控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令,而执行部件接受命令后的操作叫做微操作地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存

3、单元地址。程序计数器CPU能确定下一条指令的地址来保证程序能够连续地执行下去指令寄存器指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时先把它从内存取到缓冲寄存器中然后再传到指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段由二进制数构成为了执行任何给定的指令必须对操作码进行测试P1通过节拍脉冲的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址使下一条微指令指向相应的微程序首地址。输入设备能把人们用文字或语言所能表达的问题直接到计算机内部处理。输出设备把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收

4、和识别的信息形式.本系统有两种外部I/O设备一种是二进制代码开关它作为输入设备另一种沈阳理工大学课程设计专用纸№2沈阳理工大学是数码管它作为输出设备。输入时二进制开关数据直接经过三态门送到数据总线上只要开关状态不变输入的信息也不变。输出时将输出数据送到外部数据总线上当写信号W/R有效时将数据打入输出锁存器驱动数码管显示。整机逻辑框图如图1.1所示:MS1S0数据总线(D_BUS)74299LPC299-G程序计数器PCALU-GLOADPC-GMCNALUS3S2S1S0数据暂存器LT1数据暂存器LT2LAR地址寄存器AR地址总

5、线ADDR_BUSLDR1LDR2存储器(MEM)READWRITE寄存器R0寄存器R1寄存器R2微控器脉冲源及时序LR0R0GLR1R1GLR2R2G指令寄存器IRC-GLDIR输入设备W/R控制门输出设备数据LED-G控制信号图1.1整机逻辑框图1.2设计指令系统(1)算术逻辑指令算术逻辑指令并用单字节表示寻址方式采用寄存器直接寻址其格式如下沈阳理工大学课程设计专用纸№3沈阳理工大学76543210OP-CODErsRd其中OP-CODE为操作码rs为源寄存器rd为目的寄存器并规定Rs或rd选定寄存器00R001R110R2(2)访问

6、及转移指令本机设计有2条访问指令即存数STA、取数LDA1条转移指令即无条件转移JMP、指令格式如下7654321000MOP-CODErdD其中OP-CODE为操作码rd为目的寄存器地址LDA、STA指令使用。D为位移量正负均可M为寻址模式其定义见表1.1表1.1寻址模式说明寻址模式M有效地址E说明00011011E=DE=DE=RI+DE=PC+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址本机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。(3)I/O指令输入IN和输出OUT指令采用单字节指令其格式如下7654

7、3210OP-CODEaddrrd其中addr=01时选中“数据输入电路”中的开关组作为输入设备addr=10时选中“输出显示电路”中的数码管作为输出设备。各指令系统主要功能参见表1.2.沈阳理工大学课程设计专用纸№4沈阳理工大学表1.2各指令系统主要功能表算术运算指令CLRR0指令功能0->R0指令格式机器码01110000LDAADDRR0指令功能ADDR->R0指令格式机器码00000000存数指令STAR0ADDR指令类型指令助记符指令功能指令格式操作数寻址方式数据传送指令INDATA->rd01000100寄存器寻址

8、数据存储指令STArd->D000001000001010000110100直接