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1、1学 号： 13课 程 设 计课程名称 计算机组成原理题 目 带进位运算指令的实现学 院 计算机科学与技术学院专 业 计算机科学与技术班 级姓 名指导教师2010 年 1 月 10 日目 录课程设计任务书 .11、设计原理 .11.1 实验原理 .11.2 实验目的 .11.3 模型机的逻辑框图 .21.4 指令类型及格式 .31.5 微指令与微程序介绍 .41.6 后续微地址的产生及微程序入口地址的形成 .52、调试过程与数据记录 .52.1 源程序代码 .52.2 指令码 .62.3 微程序 .62.4 微单步运行过程 .72.5 时序图 .103、设计心得 .114、参考文献 .121课
2、程设计任务书学生姓名： 赵旭林 专业班级： 计算机 指导教师： 马保才 工作单位：计算机科学与技术学院题 目: 基本模型机的设计带进位运算指令的实现初始条件：理论：学完“电工电子学” 、 “数字逻辑” 、 “汇编语言程序设计” 、和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。2、根据
3、课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。3、课程设计的书写报告应包括：（1）课程设计的题目。（2）设计的目的及设计原理。（3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。（4）设计指令系统，并分析指令格式。（5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成） 。（6）模型机当中时序的设计安排。（7）设计指令执行流程。（8）给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。（9）说明在使用软件 HKCPT 的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中带进位运算指令的时序分析，累加器 A 和有关寄存器、存储器的数据变化以及数据流程）
4、。（10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会） 。时间安排： 周一：熟悉相关资料。 周二：系统分析,设计程序。周三、四：编程并上实验平台调试 周五：撰写课程设计报告。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学汇编语言程序设计课程设计1计算机组成原理课程设计- 带进位运算指令的实现1设计原理1.1 实验原理在以往各个模块实验中，各模块的控制信号都是由实验者手动产生的。而在真正的实验系统中，模拟机的运行是在微程序的控制下，实现特定指令的功能。在本实验平台中，模型机从内存取出、解释、执行机器指令都将由微指令和与之相配合的时序来完成，即 1 条机器指令对应 1
5、 个微程序。本次实验完成，依靠判断进位位 CY 是否溢出，若低位位运算有溢出，则将结果存入低地址，并且在两高位运算时，将低位的进位值也参与运算，若高位运算溢出，则不在主存 RAM 中给予保存。实验提供了四条带进位的运算指令：RRC A 将 A 寄存器中的内容带进位位一起循环右移RLC A 将 A 寄存器的的内容带进位位一起循环左移ADD A, Ri 将 A 寄存器的内容与 Ri 的内容相加，如果加法溢出将进位到 CYJC addr 条件跳转指令，如果进位位 CY 溢出，跳转到 addrJMP addr 无条件跳转指令，跳转到 addr1.2 设计目的1. 掌握了各个单元模块的工作原理，进一步将
6、其组成完整的系统，构成一台基本的模型计算机。2. 在本实验中，我们将规划读写内存、寄存器、数值计算等功能，并且编写相应的微程序。请具体上机调试各个模块单元以便进一步掌握整机的概念。武汉理工大学汇编语言程序设计课程设计23. 本实验是为了实验一组 4 位 16 进制数的运算，例如 R1R0，将其中保存的数据作为一组表示一个整体的数，来参与运算，如 R1=55H， R0=66H。则认为 R1R0为 5566H 来参与与其它 4 位 16 进制数的运算。并将得出的结果存在主存中两个连续的单元中，高位存高地址，低位存低地址。1.3 模型机的逻辑框图武汉理工大学汇编语言程序设计课程设计31.4 指令类型
7、及格式1. 指令类型1.算术/逻辑运算类指令：如：加法，减法，取反，逻辑运算ADD A， RiSUB A, Ri2.移位操作类指令：带进位或不带进位的移位指令RRC A3.数据传送类指令：CPU 内部寄存器之间数据传递MOV A，RiMOV Ri，A4.程序跳转指令：跳转指令分为无条件跳转和有条件跳转指令JMP addr 无条件跳转JC addr CY=1 时跳转5. 存储器操作类指令：存储器读/写指令。把内存某单元内容写入寄存器中或把寄存器的内容写入存储器，如：LDA addr STA addr STA addr （A）- addr2. 指令类型1.直接地址寻址：双字节指令：LDA addr
8、 （addr）- ASTA addr （A）- addr第 1 字节 操作码 第 2 字节 操作数地址 addr17 16 15 14 13 12 11 10A7 A6 A5 A4 A2 A2 A1 A0武汉理工大学汇编语言程序设计课程设计42.寄存器直接寻址：指令字节中含有寄存器选择码，决定选择哪个寄存器进行操作。如：单字节指令 ：MOV A，Ri （Ri）-A单字节 操作码与 Ri 选择码如：双字节指令：MOV Ri，#data data- Ri第 1 字节 操作码与 Ri 选择码第 2 字节 data3.寄存器间接寻址：如：单字节指令：MOV A，Ri （Ri）-A 操作码 Ri 选择码
9、 4.立即数寻址：如： MOV A，#data data- AMOV Ri，#data data- Ri第 1 字节 操作码与 Ri 选择码第 2 字节 data1.5 微指令与微程序介绍在计算机中，一条指令功能是由控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，执行部件接受命令时，按一定的次序执行一系列最基本操作完成。这些控制命令通常称为微命令，而最基本的操作称为微操作。17 16 15 14 13 12 11 1017 16 15 14 13 12 11 10D7 D6 D5 D4 D2 D2 D1 D017 16 15 14 13 12 11 1017 16 15 14 13 12 11
10、10D7 D6 D5 D4 D2 D2 D1 D0武汉理工大学汇编语言程序设计课程设计51. 微指令在微操作控制的计算机中，将在 CPU 周期中使计算机实现一定操作功能的一组微命令的集合称为微指令。微指令是为实现某个操作功能而发出的控制信号的有关信息形成的。一条指令通常分为若干条微指令，按次序执行这些微指令，就可以实现指令的功能。微程序2. 微程序计算机的程序由指令序列构成。而计算机每条指令的功能均由指令序列解释完成，这些微指令序列的集合称为微程序。 1.6 后续微地址的产生以及微程序入口地址的形成微地址的运行顺序为下地址确定法，即采用计数增量方法，每条微指令执行过后微地址自动加 1，指向下一
11、条微指令地址。例如：确定了一条程序的微程序入口地址为01H，那么当执行完 01H 这条微指令后微地址加 1，指向 02H 微地址。微地址寄存器由 2片 74LS161 组成，当模型机在停止状态下，微地址被清零。当实验平台开始运行时，微地址从 00H 开始运行。且 00H 放置一条取指指令，根据程序开始地址从内存中读出第一条指令。2、 数据记录2.1 源程序代码带进位运算指令的实现MOV A,#81RRC AMOV A,#18MOV R0,#40MOV A,#18RLC AADD A,R0武汉理工大学汇编语言程序设计课程设计6JC 10JMP 0ASTA 20HALT2.2 指令码图表 2 源程
12、序中每条指令对应的指令码内存地址 指令助记符 指令码 说明00H MOV A, #81 5FH 立即数 81H-A01H 81H 无效02H RRC A 9FH A103H MOV A,#18 5FH 立即数 18H-A04H 18H05H RLC A AFH A寄存器 R007H 40H08H MOV A,#18 5FH 立即数 18H-A09H 18H0AH RLC A AFH AA0CH JC 10 B7H CY 有进位，跳转到 0FH0DH 10H0EH JMP 0A BFH 跳转到 0AH0FH 0AH10H STA 20 8FH 将 A 的内容写入 RAM 地址20H11H 20H12H HALT FFH 停机武汉理工大学汇编语言程序设计课程设计72.3 微程序微程序的执行过程：0000 4D ，FF ，FF 取指指令 0017 DD ，FB ，FF DBUSA0018 4D ，FF ，FF 0027 FF ，F1 ，EF A10028 4D ，FF ，FF 取指指令0017 DD ，FB ，FF DBUSA0018 4D ，FF ，FF002B FF ，E9 ，FF ARI001C 4D ，FF， FF RIDB
