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1、建筑大学计算机科学与技术学院课程设计说明书题 目： 课 程： 计算机系统综合设计院 （部）： 计算机科学与技术学院专 业： 班 级： 学生： 学 号： 指导教师： 完成日期： 目 录课程设计任务书2一、课程设计题目3二、课程设计目的3三、课程设计方案3四、硬件资源3五、指令设计61、指令操作数寻址方式及其编码62、微程序的入口地址的确定63、指令微程序流程图84、修改微程序9六、程序调试101、程序代码102、运行结果10七、结论11八、参考文献12课程设计任务书设计题目已知技术参数和设计要求设计容与步骤设计工作计划与进度安排设计考核要求一、课程设计题目 二、课程设计目的在学习了专业基础课计算
2、机组成原理A课程的基础上，通过设计简单实验计算机的部分指令，加深对计算机硬件结构和微程序控制器的认识，初步掌握计算机指令的设计与使用方法。三、课程设计方案基于TEC-8实验箱的硬件模块平台，完成简单实验计算机的部分指令的控制信号线的连接、编码、微程序的设计，在TEC-8实验箱的控制台上运行用所设计的指令编写的程序，验证设计指令的正确性。四、硬件资源1逻辑图TEC-8实验箱的电路逻辑图如图1所示。图1 TEC-8实验箱电路逻辑原理图2. 时序发生器它由2片GAL22V10组成，产生节拍脉冲T1、T2、T3，节拍电位W1、W2、W3，以及中断请求信号ITNQ。主时钟MF采用石英晶体振荡器产生的1M
3、Hz时钟信号。T1、T2、T3的脉宽为1微妙。一个机器周期包含一组T1、T2、T3。3算术逻辑单元ALU算术逻辑单元由2片74LS181加1片74LS74、1片74LS244、1片74LS245、1片74LS30组成，进行算术逻辑运算。74LS181是一个4位的算术逻辑器件，2个74LS181级联构成一个8位的算术逻辑单元。在TEC-8模型计算机中，算术逻辑单元ALU对A端口的8位数和B端口的8位数进行加、减、与、或和数据传送5种运算，产生8位数据结果、进位标志C和结果为0标志Z。当信号SBUS为1时，将运算的数据结果送数据总线DBUS。4双端口寄存器组双端口寄存器组由ALTERA 公司的1片
4、可编程器件EPM7064组成，向ALU提供两个运算操作数A和B，保存运算结果。EPM7064里面包含4个8位寄存器R0、R1、R2、R3，4选1选择器A，4选1选择器B，2-4译码器。在图1.2中，用虚线围起来的部分全部放在一个EPM7064中。4个寄存器通过4选1选择器向ALU的A端口提供A操作数，通过4选1选择器B向ALU的B端口提供B操作数，2-4译码器产生信号LR0、LR1、LR2和LR3，选择保存运算数据结果的寄存器。5数据开关SD7SD08位数据开关SD7SD0是双位开关，拨到朝上位置时表示“1”，拨到朝下位置时表示“0”。用于编制程序并把程序放入存储器，设置寄存器R3R0的值。通
5、过拨动数据开关SD7SD0得到的程序或者数据通过SWD送往数据总线DBUS。SWD是1片74LS244。6双端口RAM双端口RAM 由1片IDT7132及少许附加电路组成，存放程序和数据。双端口RAM是一种2个端口可同时进行读、写的存储器，2个端口各有独立的存储器地址、数据总线和读、写控制信号。在TEC-8中，双端口存储器的左端口是个真正的读、写端口，用于程序的初始装入操作，从存储器中取数到数据总线DBUS，将数据总线DBUS上的数写入存储器；右端口设置成只读方式，从右端口读出的指令INS7INS0被送往指令寄存器IR。7程序计数器PC、地址寄存器AR和中断地址寄存器IAR程序计数器PC由2片
6、GAL22V10和1片74LS244组成向双端口RAM的左端口提供存储器地址PC7PC0，程序计数器PC具有PC复位功能，从数据总线DBUS上装入初始PC功能，PC加1功能，PC和转移偏量相加功能。地址寄存器AR由1片GAL22V10组成，向双端口RAM的左端口提供存储器地址AR7AR0。它具有从数据总线DBUS上装入初始AR功能和AR加1功能。中断地址寄存器IAR是1片74LS374，它保存中断时的程序地址PC。8指令寄存器IR指令寄存器是1片74LS273，用于保存从双端口RAM中读出的指令。它的输出IR7IR4送往硬连线控制器、微程序控制器，IR3IR0送往2选1选择器。9、微程序控制器
7、微程序控制器产生TEC-8模型计算机所需的各种控制信号。它由5片HN58C65、1片74LS174、3片74LS32和3片74LS06组成。5片HN58C65组成控制存储器，存放微程序代码；1片74LS174是微地址寄存器。3片74LS32和3片74LS08组成微地址转移逻辑。五、指令设计1、指令操作数寻址方式及其编码表1 指令格式名称助记符功能指令格式IR（7-4）IR（3-2）IR（1-0）左移SHL RdRd +Rd Rd1010RdXX取反NOT Rdnot Rd Rd1011RdXX清零CLR Rd0 Rd1101RdXX逻辑或XOR Rd,Rs xor Rs Rd1100RdRs置
8、1SET Rd1 Rd1111RdXX2、微程序的入口地址的确定图2 微程序地址转移逻辑微地址01H中的微指令是一条功能为取指令的微指令，在T3的上升沿，从双端口存储器中取出的指令写入指令寄存器IR。在这条微指令中，后继微地址为20H，判别位P1为1、其他判别位均为0。根据图2微程序地址转移逻辑，下一条微指令的微地址是：NA5-T = NA5NA4-T = NA4NA3-T = NA3 or P1 and IR7-INA2-T = NA2 or P1 and IR6-INA1-T = NA1 or P1 and IR5-INA0-T = NA0 or P1 and IR4-I新产生的微地址NA
9、5-TNA0-T在T3的下降沿写入微地址寄存器AR，实现了微程序流程图图所要求的根据指令操作码进行微程序分支。新设计的表1中的5条指令执行周期微程序入口地址见表2。表2 指令微程序入口地址指令操作码 I7I6I5I4微指令首地址A5A010102AH10112BH11002CH11012DH11112FH 3、指令微程序流程图SWC=0、SWB=0、SWA=0 取指 01LIRPCINCP1P12C2AMS=1110ABUSDRWLDZP44、修改微程序（1）、指令XOR Rd,Rs的微程序由前面分析得到控制信号：M=1、S3=1、S2=1、S1=1、ABUS=1、DRW=1、LDZ=1、P4
10、=1、NA0=1。微程序入口地址是2CH。根据TEC-8实验箱控制信号与控制存储器码表的对应关系，CM4的码表不需要修改，需要修改CM3、CM2、CM1、CM0的码表，具体修改如下：CM3控制信表:微地址LIARIABUSMBUSSBUSABUSMS3S2HEX2C11110FCM2控制信表:微地址S1S0CINLDCLDZLIRSTOPMEMWHEX2C1188CM1控制信表:微地址LARARINCLPCPCINCDRWP4P3P2HEX2C110CCM0控制信表:微地址P1P0NA5NA4NA3NA2NA1NA0HEX2C101六、程序调试1、程序代码地址指令机器代码16进制00HLD R
11、0，R30101 00115301HINC R30100 11004C02HLD R1，R30101 01115703HSUB R0，R10010 00012104HJZ 0BH1000 01108605HST R0，R20110 10006806HINC R30100 11004C07HLD R0，R30101 00115308HADD R0，R10001 00011109HJC 0CH0111 0010720AHINC R20100 1000480BHST R2，R20110 10106A0CHAND R0，R10011 0001310DHSTP1110 0000E00EH0FH85H85H8510H23H23H2311H0EFH0EFHEF12H0000H002、运行结果根据这段程序的逻辑功能，程序运行前R2=12H，R3=0FH，最后的结果是：R0=12H，R1=23H，R2=12H，R3=11H，存储单元12H的值是62H。七、结论 通过两周的课程设计学习，八、参考文献计算机系统综合设计指导书 计算机学院应用教研室计算机组成原理 唐朔飞 高等教育计算机组织与体系结构 白中英 清华大学汇编语言 美明 温东婵 清华大学计算机体系结构 晨曦等 高等教育
