计算机组成原理专题实验报告

计算机组成原理专题实验报告

小组成员程战战09055006计算机91李岚清09055009计算机91所在学院

电信学院指导教师

姜欣宁提交日期

202012.4.21

12.4.21

目录：

一、指令设计 (1)

1.1机器位数及寻址特性及时间特性 (1)

1.2指令类型 (1)

1.3指令格式 (2)

二、内部结构设计 (2)

2.1基本模块与时钟 (2)

2.2设计方案 (3)

三、模块说明 (4)

3.1公共特性说明 (4)

3.2ALU特性说明 (4)

3.3MM、RF特性说明 (4)

3.4MAR、MDR特性说明 (5)

3.5PC特性说明 (5)

3.5IR特性说明 (5)

3.6MUX特性说明 (5)

四、指令周期安排 (6)

4.1指令执行逻辑流程图 (6)

4.2若干机器周期分析及具体过程详述 (8)

4.2.1取指令周期 (8)

4.2.2存取数指令store、load (8)

4.2.3跳转类指令jmp、je、jc、jne、jnc (10)

4.2.4单操作数类算逻指令 (10)

4.2.5双操作数类算逻指令 (11)

4.3各个微命令安排 (12)

4.4指令模块图 (14)

5实验部件及其测试 (14)

5.1ALU设计 (14)

5.1.1ALU的设计原理： (14)

5.1.2ALU外部接口设计: (15)

5.1.3ALU模块的bdf图如下： (15)

5.1.4设计操作码 (16)

5.1.5ALU程序代码流程图 (16)

5.1.6ALU功能仿真 (16)

5.2CU (17)

5.2.1CU功能需求分析 (17)

5.2.2CU外部接口设计 (17)

5.2.3CU的bsf图 (17)

5.3IR设计 (18)

5.3.1IR功能需求分析 (18)

5.3.2IR外部接口设计 (18)

5.3.2IR bsf图 (18)

5.3.3IR的实现 (18)

5.3.4IR的测试仿真 (19)

5.3.5流程图 (20)

5.4MDR/MAR (20)

5.4.1MDR/MAR功能需求分析 (20)

5.4.2MDR/MAR外部接口 (21)

5.4.3MDR bsf图 (21)

5.4.4MDR/MAR仿真测试 (21)

5.4.5mdr流程图 (22)

5.5MM (22)

5.5.1MM的功能需求分析 (22)

5.5.2MM外部接口设计 (22)

5.5.3MM的bsf图 (22)

5.5.4MM的仿真测试 (23)

5.5.5MM流程图 (23)

5.6MUX (23)

5.6.1MUX的功能需求分析 (23)

5.6.2MUX外部接口设计 (23)

5.6.3MUX的bsf图 (24)

5.6.4MUX的仿真测试 (24)

5.6.5MUX流程图 (25)

5.7PC实现 (25)

5.7.1PC需求功能分析 (25)

5.7.2PC的外部接口 (25)

5.7.3PC的bsf图 (26)

5.7.4PC的仿真测试 (26)

5.75pc的流程图 (27)

5.8trigate实现 (28)

5.8.1功能需求分析 (28)

5.8.2外部接口 (28)

5.8.3trigate的bfs图 (28)

5.8.4测试仿真 (28)

5.9REG实现 (29)

5.9.1REG的功能需求分析 (29)

5.9.2REG外部接口设计 (29)

5.9.3REG的bsf图 (29)

5.9.4REG的仿真测试 (30)

一、指令设计

1.1机器位数及寻址特性及时间特性

计划设计一个16位系统，提供256字的寻址空间和16个16位的通用寄存器。

寻址方式提供立即数寻址、寄存器寻址和直接寻址3种方式。

计划每条指令由两个机器周期完成（第一个机器周期取指令，第二个机器周期执行指令），每个机器周期固定占4个时钟周期。

1.2指令类型

计划提供16种指令，其中算逻类指令8条，其他类指令8条。

指令采用类似MIPS的方式，即只能使用load和store指令来访问存储器，一切运算均在寄存器之间进行。同时由于所设计的系统是简化系统不含I/O设备，所以指令集中不提供I/O类指令。

具体指令及其所采用的寻址方式，如下表所示：

指令名指令形式指令含义

非算逻类指令：

LOAD Load dr,addr将地址addr中的数存入dr寄存器

STORE Store dr,addr将dr寄存器中的数写入地址addr所指的空间

JMP Jmp addr跳转到地址addr

JNE Jne addr若标志位z无效跳转到地址addr

JC Jc addr若标志位c有效跳转到地址addr

NOP nop空指令

MOV Mov dr,sr将sr寄存器中的值复制到sr寄存器

MOVI Movi dr,imm将8位立即数imm写入dr寄存器

算逻类指令：

ADD Add dr,sr 将dr寄存器中的值与sr寄存器中的值相加，结

果存dr寄存器

SUB Sub dr,sr 将dr寄存器中的值与sr寄存器中的值相减，结

果存dr寄存器

AND And dr,sr 将dr寄存器中的值与sr寄存器中的值按位做逻辑与，结果存dr寄存器

OR Or dr,sr 将dr寄存器中的值与sr寄存器中的值按位做逻辑或，结果存dr寄存器