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1、硬件课程设计报告 基于 RISC技术的模型计算机设计 姓名：戴楠（1106840316）朱天宇 学院：计算机科学与技术 专业：计算机科学与技术 时间：2010年12月17日题目：基于RISC处理器结构的模型机1、 设计目的随着计算机技术要求的不断发展，为增强计算机系统的功能，简化编译器的工作量，更好的改善计算机的性能，减少系统的辅助开销，提高计算机的运行速度和效率，计算机结构设计者一直在致力研究为系统结构提供更好的硬件支持。设计RISC及其一般遵循以下原则：1、 确定指令系统时，选取使用频率最高的一些简单指令，以及很有用但不复杂的指令。2、 指令长度固定，指令格式限制在1-2种之内，大大减少指
2、令系统的寻址方式，一般不超过2种。3、 大部分指令在一个及其周期内完成。4、 只有取、存指令可以访问存储器，其他指令的操作一律在寄存器间进行，大大增加寄存器的数量。5、 一硬布线控制为主，很少户不用微程序控制。6、 特别重视编译优化工作，支持高级语言的实现。2、 设计内容与要求1、 选用使用频率比较高的五条基本指令：MOV ADD STORE LOAD JMP。寻址方式采用寄存器寻址级直接寻址两种方式。2、 指令格式采用单字长级双字长两种格式。3、 设计不采用微程序，在CPLD中设计控制逻辑。操作码RSRD单字长指令格式：双字长指令格式：操作码RSRDADDR其中RS RD为不同状态，则选中不
3、同的寄存器：RS或RD寄存器00R001R110R211AC指令系统如下：MOV ADD JMP三条指令为单周期执行完成，STORE LOAD两条指令为两周期执行完成，ADDR为存或取数的直接地址。第一及其周期完成取操作码、作标记；第二机器周期完成取直接地址并完成取数或存数。5、CPLD芯片设计顶层模块电路图(top.sch)6、 RISC模型机的连线图3、 设计结果及分析1、 指令执行流程2、 RISC数据通路3、 PLD程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY RISC
4、 IS PORT(T1,T2,T3,T4,I7,I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0,CLR,Q:IN STD_LOGIC; LDR0,LDR1,LDR2,R0_B,R1_B,LD,R2_B,PC_B,LDAR,IOM,RD,WR,LDIR,LDPC,LDAC,LDDR,ALU_B: OUT STD_LOGIC; S:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY RISC;ARCHITECTURE ART OF RISC IS SIGNAL MOV,ADD,JMP,LOAD,STA,RS_B,LDRi,F,CLK,CLK11,M1,M2,M3,M4
5、:STD_LOGIC; BEGIN M1=Q AND T1; M2=Q AND T2; M3=Q AND T3; M4=Q AND T4; S=1001; CLK11=(LOAD OR STA)AND T4;SS1: PROCESS(CLK11,CLR) BEGIN IF CLR=0 THEN F=0; ELSIF (CLK11EVENT AND CLK11=0) THEN F=NOT F; END IF; END PROCESS; SS2: PROCESS(CLR,T1,T2,T3,LOAD,F,STA) BEGIN IF CLR=0 THEN RD=0;WR=0; ELSE RD=(T2
6、AND(NOT F) OR ( T1 AND( LOAD OR STA)AND F)OR (T2 AND LOAD AND F); WR=T3 AND STA AND F; END IF; END PROCESS; PC_B=NOT( (T1 AND (NOT F) )OR (LOAD OR STA)AND T4 AND (NOT F); ALU_B=NOT(ADD AND T4); RS_B=NOT(MOV OR ADD OR JMP)AND T3 AND (NOT F) OR (STA AND T3 AND F); LD=NOT(T3 AND JMP AND (NOT F); IOM=NO
7、T( T2 OR (T1 AND (LOAD OR STA) AND F)OR (T3 AND STA AND F) ); LDPC=(M3 AND (NOT F)OR (M3 AND (LOAD OR STA)AND F ); LDDR=ADD AND M3 AND (NOT F); LDIR=M2 AND (NOT F); LDAR=M1 OR (LOAD OR STA)AND (NOT F)AND M4) OR(M1 AND(LOAD OR STA)AND F); LDRi=(ADD AND M4 AND (NOT F)OR (LOAD AND M2 AND F) OR (MOV AND
8、 M3 AND (NOT F); R0_B=RS_B OR I3 OR I2; R1_B=RS_B OR I3 OR( NOT I2); R2_B=RS_B OR( NOT I3) OR I2; LDAC=LDRi AND I1 AND I0; LDR0=LDRi AND (NOT I1) AND (NOT I0); LDR1=LDRi AND (NOT I1) AND I0; LDR2=LDRi AND I1 AND (NOT I0); END ARCHITECTURE ART;4、 操作步骤1. 编辑，编译所设计的CPLD芯片的程序2. 关闭实验系统电源，把时序与操作台单元的“MODE”短
9、路块短接。“SPK”短路块断开，使系统工作在四节拍模式。按图链接电路3. 打开电源，讲、将生成的POF文件下载到CPLD芯片4. 编写一段机器指令5. 联上PC机，运行TD_CMA联机软件，将上述程序写入相应的地址单元中6. 将时序与操作台单元的开关KK置为运行档，按动单元的总按钮，将使程序计数器，地址寄存器AR和微机程序地址为00H，程序可以从头开始运行， 暂 存器A,B。指令寄存器IR和OUT单元也会清零。7. 联机运行程序时，进入软件界面，装载机器指令后，选着”实验”-模型功能菜单打开相应的动态数据通路图，按相应的功能键可以联机运行，监控，调试程序。5、 测试程序LOADR0，R0MOV
10、 RO，R1ADDRO，R1STA RO，R1JMP R0，R05、 对这个设计题目的感受戴楠：首先这个实验连线非常复杂，特别容易接错线，我们前两次的失败就是在连线上次吃的亏。做这个实验的最基本的就是要非常细心的连接线路。还有就是我们的程序不会写，在学数电时，因为其不是重点，所以对他的编写不怎么懂，这也是我们试验中碰到的一个非常棘手的问题，虽然老师帮我们解决了，但是我们还是要认真的弄清楚这个语言。还有就是引脚的配置，由于电脑上的引脚和实验箱上的引脚有些出路，所以也是非常容易出错的。当我被上帝造出来时，上帝问我想在人间当一个怎样的人，我不假思索的说，我要做一个伟大的世人皆知的人。于是，我降临在了
11、人间。我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，精读诗书，母亲知书答礼，温柔体贴，父母给我去了一个好听的名字：李清照。小时侯，受父母影响的我饱读诗书，聪明伶俐，在朝中享有“神童”的称号。小时候的我天真活泼，才思敏捷，小河畔，花丛边撒满了我的诗我的笑，无可置疑，小时侯的我快乐无虑。“兴尽晚回舟，误入藕花深处。争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。”青春的我如同一只小鸟，自由自在，没有约束，少女纯净的心灵常在朝阳小，流水也被自然洗礼，纤细的手指拈一束花，轻抛入水，随波荡漾，发髻上沾着晶莹的露水，双脚任水流轻抚。身影轻飘而过，留下一阵清风。可是晚年的我却生活在一片黑暗之中，家庭的衰败，社会的改变，消磨着我那
12、柔弱的心。我几乎对生活绝望，每天在痛苦中消磨时光，一切都好象是灰暗的。“寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照。最后，香消玉殒，我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。在天堂里，我又见到了上帝。上帝问我过的怎么样，我摇摇头又点点头，我的一生有欢乐也有坎坷，有笑声也有泪水，有鼎盛也有衰落。我始终无法客观的评价我的一生。我原以为做一个着名的人，一生应该是被欢乐荣誉所包围，可我发现我错了。于是在下一轮回中，我选择做一个平凡的人。我来到人间，我是一个平凡的人，我既不着名也不出众，但我拥有一切的幸福：我有温馨的家，我有可亲可爱的同学和老师，我每天平凡而快乐的活着，这就够了。天儿蓝蓝风儿轻轻，
13、暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室，我坐在教室的窗前，望着我拥有的一切，我甜甜的笑了。我拿起手中的笔，不禁想起曾经作诗的李清照，我虽然没有横溢的才华，但我还是拿起手中的笔，用最朴实的语言，写下了一时的感受：人生并不总是完美的，每个人都会有不如意的地方。这就需要我们静下心来阅读自己的人生，体会其中无尽的快乐和与众不同。“富不读书富不久，穷不读书终究穷。”为什么从古到今都那么看重有学识之人？那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。那时因为读书能给人带来快乐。自从看了丑小鸭这篇童话之后，我变了，变得开朗起来，变得乐意同别人交往，变得自信了因为我知道：即使现在我是只“丑小鸭”，但只要有自信，总有
14、一天我会变成“白天鹅”的，而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅”我读完了这篇美丽的童话故事，深深被丑小鸭的自信和乐观所折服，并把故事讲给了外婆听，外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。还吵着闹着多看几本名着。于是我给外婆又买了几本名着故事，她起先自己读，读到不认识的字我就告诉她，如果这一面生字较多，我就读给她听整个一面。渐渐的，自己的语文阅读能力也提高了不少，与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人读的乐趣大，而两个人读书的乐趣远不及全家一起读的乐趣大。于是，我便发展“业务”带动全家一起读书现在，每每遇到好书大家也不分男女老少都一拥而上，争先恐后“抢书”，当我说起我最小应该让我的时候，却没有人
