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1、课 程 设 计 说 明 书题目: 计算机组成原理课程设计 院 系： 计算机科学与工程学院 专业班级： 计算机 08-6 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2010年 12 月 11 日 I安徽理工大学课程设计（论文）任务书计算机科学与工程 院系 硬件 教研室学 号 学生姓名 专业（班级） 计算机 08-6设计题目 设计基本模型机的指令系统实现异或设计技术参数计算机组成原理教学实验仪一台，排线若干；PC机一台DJ-CPT816组成原理实验软件模型机的指令系统，微程序，微指令，程序设计要求设计基本模型机的指令系统（包括逻辑与，逻辑或，算术加，减运算，输入，输出，转移，传送指令）在已编写的指令系统上
2、设计程序实现异或按时提交设计报告工作量论文不少于 15页，附带必要的图表工作计划设计课一：分析设计要求，制定设计计划，完成指令系统设计，并在 CPTH实验软件中形成.mic 文件设计课二：分析设计编写程序实现异或设计课三：在微机和试验仪的支持下，调入指令系统和程序，运行，测试，完成系统的设计设计课四：提交设计报告参考资料1李敬兆. 8086/8088 和基于 ARM核汇编语言程序设计 2清华大学出版社.计算机组成原理与设计实验指导3白中英.计算机组成原理指导教师签字 教研室主任签字2010年 12 月 11 日 II安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月
3、 日III摘要在飞速发展的科技社会中，计算机被应用到各行各业，各个领域中。人们渐渐地步入自动化、智能化的生活阶段。本次计算机组成原理课程设计课题是基本模型机的设计与实现。利用 CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，设计基本模型机的指令系统（包括逻辑与，逻辑或，算术加，减运算，输入，输出，转移，传送指令） ，形成具有一定功能的完整的应用程序。简言之，这次设计，计算机数据通路的控制将由微程序控制
4、器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一条微程序，一条微程序又有若干微指令组成，一条微指令的功能由 24位操作信号（即控制位）实现。这一课题的实现不仅使我们对各种微指令有了熟练的掌握，更对有关知识的深入学习打下基础。关键词：指令系统，微指令，机器指令，异或IV目录1 系统分析 .11.1 设计背景 .11.2 设计目标 .32 系统设计 .42.1 模型机的指令设计 .42.2 模型机的微指令设计 .52.3 异或程序设计 .103 系统实现 .123.1 程序编写 .123.2 程序分析 .123.3 调试结果
5、 .134 总结 .144.1 设计体会 .144.2 系统改进 .14参考文献 .15安徽理工大学课程设计（论文）-1-1.系统分析1.1 设计背景通过计算机组成原理理论课和几次实验的学习，尝试设计八类机器指令，并编写相应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。本课程设计的模型机的指令码为 8位，根据指令类型的不同，可以有 0到 2个操作数，指令码的最低两位用来选择 R0-R3寄存器。在微程序控制方式下，用指令码作为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。在本模型机中，一条指令最多分为四个状态周
6、期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有 24位控制位以控制寄存器的输入输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。简言之，这次设计，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一条微程序，一条微程序又有若干微指令组成，一条微指令的功能由 24位操作信号（即控制位）实现。24位控制位分别介绍如下：XRD：外部设备读信号，当给出个外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。EMWR：程序存储器 EM写信号EMRD：程序存储器 EM读信号
7、PCOE：将程序计数器 PC的值送到地址总线 ABUS上EMEN：将程序存储器 EM与数据总线 DBUS接通，有 EMWR和 EMRD决定是将 DBUS数据写入 EM中，还是从 EM读出数据到 DBUSIREN：将程序存储器 EM独处的数据打入指令寄存器 IR和微指令计数器 uPCEINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。ELP：PC 打入允许，与指令寄存器的 IR2.，IR3 位结合，控制程序跳转。MAREN：将数据总线 DBUS上数据打入地址寄存器 MARMAROE：将地址寄存器 MAR的值送到地址总线 ABUS上OUTEN：将数据总线 DBUS上数据送到输出端口寄存器
8、 OUT里STEN：将数据总线 DBUS上数据存到堆栈寄存器里RRD：读寄存器组 R0-R3，寄存器 R？的选择由指令的最低两位决定RWR：写寄存器组 R0-R3，寄存器 R？的选择由指令的最低两位决定安徽理工大学课程设计（论文）-2-CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1 带进位，CN=0 不带进位FEN：将标志位存入 ALU内部的标志寄存器X2，X1，X0 三位组合来译码选择将数据送到 DBUS上的哪个寄存器，见表 1WEN：将数据总线 DBUS的值打入工作寄存器 W中AEN：将数据总线 DBUS的值打入累加器 A中S2,S1,S0三位组合决定 ALU做何种运算，见表 2表 1X2 X1
9、 X0 输出寄存器0 0 0 IN_OE 外部输入门0 0 1 IA_OE 中断向量0 1 0 ST_OE 堆栈寄存器0 1 1 PC_OE PC寄存器1 0 0 D_OE 直通门1 0 1 R_OE 右移门1 1 0 L_OE 左移门1 1 1 没有输出表 2S2 S1 S0 功能0 0 0 A+W 加0 0 1 A-W 减0 1 0 A|W 或0 1 1 A & W 与1 0 0 A+W+C 带进位加1 0 1 A-W-C 带进位减1 1 0 A A取反1 1 1 A 输出 A安徽理工大学课程设计（论文）-3-1.2 设计目标本课程设计要求实现机器指令：ZHN（传送） ，INPUT （输入)， YU（逻辑与） ，HUO（逻辑或） ，OUTPUT（输出） ，JIA（算术加） ，JIAN （算术减） ，JC，JZ，JMP （转移）和 FEI (逻辑非) 。要包括直接寻址，立即数寻址，寄存器寻址，间接寻址四种寻址方式。最后要在设计的指令系统基础上，编写程序实现异或。安徽理工大学课程设计（论文）-4-
