計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)組成原理課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系目錄1 設(shè)計(jì)題目22 模型機(jī)功能概述23 總體設(shè)計(jì)（包括模型機(jī)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通路等電路框圖）24 詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括指令系統(tǒng)、指令格式設(shè)計(jì)、微程序設(shè)計(jì)等）35 測(cè)試源程序及結(jié)果分析46認(rèn)識(shí)體會(huì)57 參考文獻(xiàn)51 設(shè)計(jì)題目2 模型機(jī)功能概述以EL-JY-II計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為平臺(tái)，根據(jù)模型機(jī)的結(jié)構(gòu)，及內(nèi)部的指令譯碼電路、微指令譯碼電路及微指令格式等設(shè)計(jì)一個(gè)指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)中包括傳送類指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、移位指令及轉(zhuǎn)移指令；尋址方式包括寄存器尋址、直接尋

2、址及立即尋址等。設(shè)計(jì)機(jī)器指令格式以及微程序，按照模型及數(shù)據(jù)通路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令功能的微程序，裝載代碼到EL-JY-II實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中并運(yùn)行。3 總體設(shè)計(jì)（包括模型機(jī)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通路等電路框圖）1. 模型機(jī)結(jié)構(gòu)：本系統(tǒng)由6部分組成：運(yùn)算器、程序計(jì)數(shù)器和地址寄存器、寄存器堆和指令寄存器、指令譯碼器、（數(shù)據(jù)、地址和控制）總線。圖中運(yùn)算器ALU由U7U10四片74LS181構(gòu)成，暫存器1由U3、U4兩片74LS273構(gòu)成，暫存器2由U5、U6兩片74LS273構(gòu)成。微控器部分控存由U13U15三片2816構(gòu)成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成。存儲(chǔ)器部分由兩片6116構(gòu)成16位存儲(chǔ)器，地址總

3、線只有低八位有效，因而其存儲(chǔ)空間為00HFFH。輸出設(shè)備由底板上的四個(gè)LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，當(dāng)D-G和W/R均為低電平時(shí)將數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。在開(kāi)關(guān)方式下，輸入設(shè)備由16位電平開(kāi)關(guān)及兩個(gè)三態(tài)緩沖芯片74LS244構(gòu)成，當(dāng)DIJ-G為低電平時(shí)將16位開(kāi)關(guān)狀態(tài)送上數(shù)據(jù)總線。在鍵盤方式或聯(lián)機(jī)方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤或上位機(jī)輸入，然后由監(jiān)控程序直接送上數(shù)據(jù)總線，因而外加的數(shù)據(jù)輸入電路可以不用。注：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線為16位，指令、地址和程序計(jì)數(shù)器均為8位。當(dāng)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器時(shí)，只有低8位有效。2. 指令譯碼器電路 指令譯碼器電路由EP1K10實(shí)現(xiàn)

4、，其原理如下圖所示。其中P1、P2、P3、P4、LRi、RAG、RBG、RCG為微程序譯碼產(chǎn)生的控制信號(hào)，T3為時(shí)鐘，I7I0為指令寄存器的輸出IR，CA1、CA2為機(jī)器指令的讀、寫、運(yùn)行的控制端，已分別接至控制總線的E4和E5。SA4SA0為強(qiáng)制微地址信號(hào)，輸出至微控制器電路；LDR2LDR0輸出至寄存器堆電路的LR，R0B、R1B、R2B輸出至寄存器堆電路的RG。4 詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括指令系統(tǒng)、指令格式設(shè)計(jì)、微程序設(shè)計(jì)等）1. 微指令格式：因?yàn)槊織l微指令由24位組成，其控制順序如下：24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCn

5、WE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0其中uA5uA0為6位的后續(xù)微地址，F(xiàn)1、F2、F3為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。其中F1、F2、F3三個(gè)字段的編碼方案如表下： F1字段F2字段F3字段15 14 13選擇12 11 10選擇9 8 7選擇0 0 0LDRi0 0 0RAG0 0 0P10 0 1LOAD0 0 1ALU-G0 0 1AR0 1 0LDR20 1 0RCG0 1 0P30 1 1自定義0 1 1自定義0 1 1自定義1 0 0LDR11 0 0RBG1 0 0P21 0 1LAR1 0 1PC-G1 0 1LPC1 1 0LDIR1 1

6、 0299-G1 1 0P 41 1 1無(wú)操作1 1 1無(wú)操作1 1 1無(wú)操作2. 指令格式設(shè)計(jì)：因?yàn)橄到y(tǒng)的數(shù)據(jù)總線為16位，指令、地址和程序計(jì)數(shù)器均為8位。所以采用雙字存儲(chǔ)，第一個(gè)字的前4位為OP操作，后4位中前兩位為尋址特征標(biāo)識(shí)，后兩位為寄存器標(biāo)識(shí)或地址，第二個(gè)字總則根據(jù)尋址特征的不同存放數(shù)據(jù)或寄存器標(biāo)識(shí)。且8位分別記做：I7I0如圖： OP操作 尋址特征 寄存器或地址前4位 2位 2位 寄存器或地址（若為寄存器則前4位仍然為OP操作）3. 指令功能類別：根據(jù)P2測(cè)試，將指令寄存器中的指令的后四位的前兩位作為尋址特征標(biāo)識(shí):尋址類別I3 I2直接尋址0 0立即尋址0 1寄存器尋址1 0無(wú)1

7、1不同的尋址方式對(duì)應(yīng)的功能操作碼：直接尋址： 寄存器尋址：操作指令前4位Add0000Sub0001move0010jmp0011操作指令前4位And0000Or0001Sub0010add0011Mov0100Rol0101立即尋址：操作指令前4位Add0000And0001Or0010mov0011通用寄存器對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)：00011011AXBXCX無(wú)尋址方式助記符指令操作直接尋址Add00000000 R0（AX）+R1（(D)）->R0DSub00010000R0（AX）-R1（(D)）->R0DMove00100000（D）->R0（AX）Djmp00110011(D

8、)->pcD立即尋址Add00000100R0 (AX) +R1(D)->R0DAnd00010100R0( AX) R1(D)->R0D Or00100100R0(AX)R1(D)->R0D move00110100D->R0(AX)D寄存器尋址 And00001000R0( AX) R1(BX)->R000001101Or00011000R0(AX)R1(BX)->R000011101Sub00101000R0（AX）-R1（BX）->R000101101Add00111000R0（AX）+R1（BX）->R000111101Mov01

9、001000R1（BX）->R0（AX）01001101rol01011000R0(AX)->299299->R1(BX)010111014. 微程序設(shè)計(jì)： 微程序流程圖根據(jù)程序流程圖設(shè)計(jì)的二進(jìn)制微代碼表：微地址(二進(jìn)制)S3S2S1S0MCNWEIAIBF1F2F3UA5.UA0000000000000000111111110001000000001000000000101101101000010000010000000010110111111011000000011000000000100000111000100000100100101000000001111000001

10、000101000000000100000111000110000110011000000000001111000001000111000000000010000111001101001000000000000101101101001010001001000000000101101101001100001010000000010100111111111000001011000000000111111111000001001100000000011100111111110111001101100101000000001111000001001110000000000010000111001111

11、001111101110000000001111000001010000000000010010111111000011010001000000010010111111000101010010000000010001111101000001010011000000010000111111000001010100000000000100111111000111010101000000000100111111001110010110000000000100111111011110010111000000000100111111000001011000000000000100000111100100

12、011001000000000100000111100110011010000000000100000111101000011011000000000100000111101010011100000000000000000111000001011101000000000000110111101100011110000000000010000111011111011111111010000000001111000001100000000000000101101101100100100001000000000101101000011100100010000000000101101111100011100011000000010110111000011000100100000000000010100111100101100101101110000000001111000001100110000000000010100111100111100111111010000000001111000001101000000000000010100111101001101001