8位CPU的设计与实现

计算机组成原理

实验题目８位CPＵ得系统设计

学号11151０6０4６

姓名魏忠淋

班级 11电子B 班

指导老师凌朝东

华侨大学电子工程系

8位CＰＵ得系统设计

一、实验要求与任务

完成从指令系统到ＣＰU得设计,编写测试程序,通过运行测试程序对CPU设计进行正确性评定。具体内容包括:典型指令系统(包括运算类、转移类、访存类)设计;CＰU结构设计;规则文件与调试程序设计;CＰU调试及测试程序运行。

1。1设计指标

能实现加减法、左右移位、逻辑运算、数据存取、有无条件跳转、内存访问等指令;

1、2设计要求

画出电路原理图、仿真波形图;

二、CPＵ得组成结构

三、元器件得选择

1.运算部件(ALU)

AＬＵ181得程序代码:

LIBRARY ＩEEE;

USＥＩEEE、ＳTD_LＯGＩC_1１64。ALL;

USＥIEEE、ＳTＤ＿LOGIＣ_UＮＳIGNＥD.ＡLＬ;

ENTＩＴY ＡLU181 ＩS

PORＴ(

S: IN STD＿LＯＧIC＿VECTＯR(3 ＤＯＷNTO0 );

A:ＩN STD_LOGIC_VＥCTOＲ(7 ＤOWNＴＯ0);

B: IＮSTD＿ＬOGIC＿VEＣTOR(7DＯWNＴO ０);

F : OUT STＤ_LOGIC_ＶECTOR(7 DOWＮTO 0);

ﻩCOUＴ:ＯUＴSTD_ＬＯＧIC_ＶECTOR(3 DOＷＮＴO0);

M :IＮＳTＤ_LOGＩC;

CN : IN SＴD_LOGIＣ;

CＯ,ＦZ:OUT STＤ_LOGIC );

END AＬU１81;

AＲCHIＴＥCTＵRE bｅhav OF ALＵ181 ＩS

SIGＮＡＬA9 :STＤ_LＯGIC_VECTOR(８DOWNTO 0);

SIＧNAL B9 : STD＿LOGIC_VＥCTOR(8 ＤOWNTＯ０);

ＳIGNALＦ9: STD_LOGIC＿VECＴOＲ(8 DＯWNTO0);

BＥGIN

Ａ９<= ＇0＇& A; B9 ＜= ’0’&B;

PRＯCESS(M,CＮ,A9,B９)

BEGIN

ＣASE S IS

WHEN "0００0" =〉IF M=＇0’THEN F9＜=A9 + CN ; ＥLSE F9<=ＮOT Ａ９; E ＮＤIF;

WHEN "00０1" ＝＞ＩF M='0’THEN F９<=(A9 oｒB９)+ CN ;ELSE F９〈=NOＴ(A9OR B9);END ＩF;

ＷHEN ”0010＂=> IF M=’0’THEN F9〈=(A9 ｏｒ(ＮOT B9))+C Ｎ; ELSE F9＜=(NOT A9) ANDＢ9; ENＤIF;

WＨＥN "００1１＂=> IF M='0’ＴHEN Ｆ9<= ”000000000"—CN ;ELSＥF9<＝"00000000０”;END IF;

WHEN"0100”＝> IＦM='0＇THEＮＦ9<＝A9+(A9 ＡＮＤＮOT B9)+ CＮ; ELSE F9〈=NＯT(A9 ＡNＤB9);ＥND IＦ;

WHEN ”01０1”=＞IＦM＝＇0' THＥNＦ9<=(A９oｒB9)+(A9 AＮD NOＴB９)+CN ;ＥＬＳＥF9<=NOT Ｂ9; EＮD IF;

WHEN＂0110" =＞IＦＭ=’0’ＴHEN Ｆ9〈=(Ａ９- Ｂ9) －CN ;ELＳE F9〈＝Ａ9ＸOR B９; ＥNＤIF;

WHEＮ”０111"=＞IF M='0' ＴＨEN F9〈=(Ａ9 ｏｒ(NＯT B9)) －CN ;ＥＬSE Ｆ9<=Ａ9 and (ＮOT B9); EＮD IF;

WHEN＂１000" =＞IＦM='0＇THEN F9＜=Ａ９+ (A９ＡND B9)+CN ; ELＳE F9〈＝(NOＴA９)and B９; END IＦ;

WHEN "１0０1”=> IF M=’０’ＴHEN F9〈=Ａ９+ B9 + CN ; ＥLSE F9<=NOT(Ａ9 ＸOR Ｂ9); EＮＤIF;

WＨEN ”１010"=＞ＩF M=’0＇THEN F９〈＝(A9or(NOTＢ9))+(A ９AND B9)＋CN ; ＥLＳＥF９<=Ｂ9;EＮD ＩＦ;

ＷHEN "１０11”=〉IF M='0'TＨEＮF9<=(A9 AND Ｂ9)- C Ｎ; ELSE F9<=A9 ANＤB９; ENＤIF;

ＷHEN ”1100”=〉ＩF M=＇0＇ＴHＥＮＦ9<=(A9 +Ａ9) + CN; ＥLSＥF9〈="000000001"; END ＩF;

ＷHEN ＂１101”=〉IF M='0' THEN Ｆ９〈＝(A９ｏr B９)+ A9 + CN;EＬSＥＦ9〈=A9 OR (ＮＯＴB9); END ＩF;

WHＥN "1１１0"=＞IF M＝'０＇THEＮF9＜=((A9 or (ＮＯＴB9)) +A9) + CN; ＥLSE F９〈＝A9OR B9;ＥＮD IF;

WＨEＮ”1１11”=〉IＦＭ=’０'ＴHEＮF9<＝Ａ9 —CN ;EＬSE F9<=Ａ9 ; END IＦ;

WHEN OTHＥRS=> Ｆ9＜= ”０000０００00" ;

ENＤＣASE;

IＦ(A９=B９) TＨＥNＦＺ<=’0';END IF;

ﻩEＮD ＰROCＥSS;

Ｆ＜=F9(７DOWNＴO0) ;ＣＯ<= F9(8) ;

ＣOUT<=＂０0０0＂WHEN F9(８)=’0＇EＬSＥ"0０01";