计算机组成原理课程设计---设计求负数平方和的CISC模型计算机.doc

计算机组成原理课程设计说明书
题目: 设计求负数平方和的CISC模型计算机
院(系): 计算机科学与工程学院
专业: 计算机科学与技术
学生姓名: 莫兴伟
学号:
指导教师: 陈智勇
1、课程设计的题目和内容:设计一台嵌入式CISC模型计算机(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程序进行验证。
要求连续输入5个有符号整数(用8位二进制补码表示,十六进制数输入)求所有负数的平方和并输出显示。
说明:①5个有符号数从外部输入;
②一定要使用符号位(比如说SF),并且要使用负的时候转移(比如说JS)或不为负的时候转移(比如说JNS)指令。
课程设计完成的内容
,画出模型机数据通路框图;
(CISC模型计算机)的逻辑结构框图;
;
;
;
;
在CISC模型计算机中,设计的内容包括微指令格式(建议采用全水平型微指令)、微指令代码表(根据微程序流程图和微指令格式来设计)和微程序控制器硬件电路(包括地址转移逻辑电路、微地址寄存器、微命令寄存器和控制存储器等。具体电路根据微程序控制器的逻辑结构框图、微指令格式和微指令代码来设计)。
,并用VHDL语言(也可使用GDF文件----图形描述文件)对模型机中的各个部件进行编程,并使之成为一个统一的整体,即形成顶层电路或顶层文件;
;
,将汇编语言源程序手工转换成机器语言源程序,并将其设计到模型机中的ROM中去;
,要保证其结果满足题目的要求;(其中要利用EDA软件提供的波形编辑器,选择合适的输入输出信号及中间信号进行调试。)
系统的总体设计:
整个系统数据通路如下所示:
本模型机中的指令系统中共有9条基本指令,下表列出了每条指令的格式、汇编符号和指令功能。
模型机的指令系统和所有指令的指令格式
1)I/O指令
输入指令(IN1)格式:
7 6 5 4
3 2
1 0
操作码
X X
Rd
输入指令(OUT1)格式:
7 6 5 4
3 2
1 0
操作码
Rs
X X
2)转移指令
条件转移指令(JB)和无条件跳转指令(JMP)格式:
7 6 5 4
3 2 1 0
操作码
X X X X
地址
3)比较指令和相加指令
比较指令(CMP)和相加指令(ADD)的格式:
7 6 5 4
3 2
1 0
操作码
Rs
Rd
4)MOV指令
MOV指令格式:
7 6 5 4
3 2
1 0
操作码
X X
Rd
立即数
5)乘法指令
乘法指令MUL格式:
7 6 5 4
3 2
1 0
操作码
Rs
Rd
6)自减指令
自减1指令(DEC)格式:
7 6 5 4
3 2
1 0
操作码
X X
Rd
助记符号
指令格式
功能
IN1 Rd
1 0 0 0
××
Rd
将数据存到Rd寄存器
OUT1 Rs
1 1 1 1
Rs
××
(Rs)→LED
ADD Rs,Rd
1 1 0 0
Rs
Rd
(Rs)+(Rd)→Rd
CMP Rs,Rd
1 0 1 0
Rs
Rd
(Rs)-(Rd),锁存CY和ZI
DEC Rd
0 1 1 1
××
Rd
(Rd)-1→Rd
MOV Rd,data
1 0 0 1
××
Rd
data
data→Rd
JMP addr
1 1 1 0
××××
addr
addr→PC
JB addr
1 0 1 1
××××
addr
若小于,则addr→PC
MUL Rs Rd
1 1 0 1
××
Rd
其中,对Rs和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
T1、T2、T3、T4与CLR、Q之间的关系图
Q
CLR
T1
T2
T3
T4
一个CPU周期
现在,我们开始微程序控制器的设计,它包括以下几部分工作:
(1)根据指令格式和指令系统设计所有机器指令的微程序流程图,并确定每条微指令的微地址和后继微地址;
(2)设计微指令格式和微指令代码表;
(3)设计地址转移逻