计算机组成原理课设

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计算机组成原理

课程设计报告

题目：设计一台嵌入式CISC模型机

院系：计算机科学与工程学院

专业：网络工程

姓名：麦健豪

学号：15

一、课程设计的题目和内容

采用定长CPU周期、联合控制方式，并运行能完成一定功能的机器语言源程序进行验证，机器语言源程序功能如下：

输入5个有符号整数（8位二进制补码表示），求最大负数的绝对值并输出显示。

说明：

①5个有符号数从外部输入；

②一定要使用符号标志位（比如说SF），并且要使用为负的时候转移（比如JS）或不为负的时候转移（比如JNS）指令；

③采用单数据总线结构的运算器。

二、系统设计

2.1系统的总体设计

2.2设计控制器的逻辑结构框图

说明：

在T4内形成微指令的微地址，并访问控制存储器，在T2的上边沿到来时，将读出的微指令打入微指令寄存器，即图中的微命令寄存器和微地址寄存器。

2.3设计机器指令和指令系统

指令对象功能机器指令

Mov1 XX,RD

DA TA->RD 0011

DA TA

TEST XX,RD AC锁存FS 0100

ADDR->PC 0101

JNS XXXX

ADDR

INC XX,RD RD+1->RD 0110

IN XX,RD SW->RD 0111

CMP RS,RD RS-RD锁存FS 1001

MOV2 RS,RD RS->RD 1010

JMP XXXX

ADDR->PC 1011

ADDR

NEG XX,RD (0-RD)->RD 1100

OUT RS,XX RS->LED 1101

以下是对Rs,Rd的规定：

Rs或Rd 选定的寄存器

0 0 R0

0 1 R1

1 0 R2

模型机规定数据的表示采用定点整数补码表示，单字长为8位，其格式如下：

7 6 5 4 3 2 1 0

符号位尾数

2.4设计时序产生器

2.5设计微程序流程图

2.6设计操作控制器单元

(1)设计微指令格式与微指令代码表

CISC 模型机系统使用的微指令采用全水平型微指令，字长为25位，其中微命令字段为17位，P 字段为2位，后继微地址为6位，其格式如下：

设计的具体指令为：

16进制

微地址

L O A D L D P C L D A R L D I R L D R i R D _B R B _B S 1 S 0 A L U _B L D A C L D D R W R C S S W _B L E D _B

L D F R

P 1 P 2 后继微地址 00 000000 1000 000010 02 000010 1010 000000 03

000011

1000

001110

04 000100 1000 001111

05 000101 1001 100000

06 000110 1000 010010

07 000111 1000 000000

09 001001 1000 010101

0A 001010 1000 000000

0B 001011 1000 011000

0C 001100 1000 011001

0D 001101 0000 000000

0E 001110 1000 000000

0F 001111 1100 000000

12 010010 1000 000000

15 010101 1000 010110

16 010110 1100 000000

18 011000 0000 000000

19 011001 1000 000000

30 110000 1000 000000

20 100000 0000 000000

（2）设计地址转移逻辑电路

地址转移逻辑电路是根据微程序流程图的棱形框部分及多个分支微地址，利用微地址寄存器的异步置‘1’端，实现微地址的多路转移的。由于是采用逻辑电路来实现的，故称之为地址转移逻辑电路。在微地址流程图中，P（1）（高电平有效）测试时，根据指令的操作I7~I4强制修改后继地址的低四位；在P（2）（高电平有效）时，根据借位标志FS进行2路分支，并且都在T4内形成后继微指令的微地址。

SE5=((NOT FS) AND P(2) AND T4

SE4=(I7 AND P(2) AND T4

SE3=(I6 AND P(2) AND T4

SE2=(I5 AND P(2) AND T4

SE1=(I4 AND P(2) AND T4

2.7设计单元顶层电路

2.8编写汇编语言源程序

算法：R0存入一个整数-4，作为五次输入循环使用；R1用于存储输入的整数；R3用于存入最后的结果，并预存一个最小负数-128.随后如下

Mov1 R0,-5 将立即数-4->R0

MOV1 R2,-128 将立即数-128 ->R2

L1 TEST R0 测试R0，锁存SF

JNS L2 非负，即SF=0，跳转L2

INC R0 R0+1

IN R1 输入一个整数，并存入R1

TEST R1 测试R1

JNS L1 非负则跳转L1

CMP R2,R1 比较R2,R1的大小，锁存SF

JNS L1 非负则跳转L1

MOV2 R1,R2 将R1的内容存入R2

JMP L1 跳转L1

L2 NEG R2 对R2求补

OUT R2 输出结果

2.9 机器语言源程序