计算机组成原理指令系统设计

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1、课程设计说明书题目:指令系统设计院系：计算机科学与工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：2013年11月25日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教研室学号学生姓名专业（班级）设计题目指令系统设计设计技术参数1.本系统采用DJ-CPTH超强型计算机组成原理教学实验系统搭建电路图，在实验箱上实现指令系统。2.利用软件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析设计要求1.在基本模型机的基础上构建一组能实现输入、输出、加、减、逻辑与、逻辑或、逻辑非、转移等功能的指令。2.利用新构建的指

2、令系统编程，分别实现异或运算。工作量1.课程设计说明书5000字；2.画出流程图,编写微指令代码和程序。工作计划1.首先认真研究老师所给的题目，了解题目要求做什么。2.查阅资料，解决难题。3.编写源程序并调试之。4.写课程设计说明书参考资料[1]张昆藏．计算机系统结构．北京：科学出版社，1994[2]著平玲娣，潘雪增《计算机组成与设计》浙江大学出版社，出版日期：2004-1-1[3]白中英．计算机组成原理(第二版)．北京：科学出版社，1998[4]DJ-CPTH超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书指导

3、教师签字教研室主任签字2013年11月25日指导教师评语：成绩：指导教师：年月日安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表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

4、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

5、令，机器指令，异或目录1.系统分析11.1设计准备11.2设计目标32.系统设计42.1指令、微指令系统设计42.2模型机的微指令设计52.3异或程序设计63.系统实现73.1程序编写与分析73.3调试结果84.总结104.1设计体会104.2设计改进10参考文献11安徽理工大学课程设计（论文）1.系统分析1.1设计准备CPTH模型机包括了一个标准CPU所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆

6、栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。相比而言8位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。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

7、。指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，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。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

8、EM写信号EMRD：程序存储器EM读信号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