计算机原理课程设计报告

1、 计算机组成原理课设报告计算机组成原理课程设计报告班级：110702学号：姓名：同组人：学号：指导教师日期：2013.7.1目录一、主机系统总体结构框图2二、数据通路结构设计图2三、各部件详细设计图3四、机器指令9五、指令格式和寻址方式9六、微程序控制部件设计10七、指令汇总22八、心得体会23一、 主机系统总体结构框图二、 数据通路结构设计图三、 各部件详细设计图1.时序发生器timerCLK：时钟信号HALT：停机信号（微命令产生）m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7,m为产生的时序信号 波形仿真：2程序计数器pc CPPC：上升沿控制信号PC1：PC加一信号PC-BUS：三态门控制信

2、号D7.0：程序地址输入 O7.0：程序地址输出内部连线：3.存储器-DATA A7.0:地址输入B15.0:数据输入WRE:写控制信号WR:写控制信号RD:读控制信号RAM-BUS：三态门控制信号CPMDR：数据暂存器控制信号CPMAR：地址暂存器控制信号 O15.0：数据输出内部连线：4.寄存器reg16D15.0:数据输入Q15.0:数据输出WE:写控制信号WA:写入地址控制端WB: 写入地址控制端地址RE: 读控制信号RA: 读取地址控制端RB: 读取地址控制端内部连线：5.运算器ALUA15.0：A数据输入B15.0：B数据输入CPSA：A暂存器控制信号CPSB：B暂存器控制信号AL

3、U-BUS：三态门控制信号CN：运算信号M：运算信号S3，S2，S1，S0：运算信号Z15.0：数据输出内部结构6.指令寄存器IRD15.0：数据输入O15.0：数据输出IR_BUS：时钟信号IR_CLRN：清零端内部结构7. 微程序计数器UpcUpc_BUS：uPC+1信号UPC_CLR：清零端OUT3.0：数据输出In3.0:数据输入内部结构：8.控制存储器CM CLK：时钟信号IR15.0：微地址输入端UPC3.0:微指令输出端Q31.0：微指令输出端内部结构：9. 微指令寄存器UIRD31.0：微指令输入端UIR_BUS：置数控制信号Q31.0：微指令输出端内部结构四、 机器指令五、

4、指令格式和寻址方式表为指令格式15 14 13 12 11 10 9 87 6 5 4 3 2 1 015 015 0操作码0 0 0 0 0 0 0 0偏移量立即数注：不同的寻址方式对应不同的操作码，在指令格式中不作设计；如果没有偏移量或立即数，指令的机器代码中就没有相关字段。六、 微程序控制部件设计1. 时序系统设计：在计算机系统主机设计过程中，针对不同形式组成的CPU中的控制部件，可以有不同的时序系统的设计。在此对于采用微程序设计实现控制部件的主机系统设计而设计出了相应的时序发生器：由该器件产生时序系统，给定CLK脉冲信号，由内部产生8位的时序信号，供模型机使用2. 微指令说明如表格所示

5、输入端作用详解Q1与非m3RAM_BUS（低有效）三态输出存储器内容到BUSQ2与m2CPMDR从BUS输入数据到MDR（脉冲需在m1内）Q3与m3WRE写使能（存储器）Q4与m4WR脉冲信号（在RD之前）Q5与m1RD脉冲信号，在WR之后Q6与m4CPMARBUS_MAR 脉冲信号m4Q7与非m3ALU_BUS（低有效）三态输出ALU结果到BUS上Q8CN非时序部分，控制算术类型Q9MQ10S0Q11S1Q12S2Q13S3Q14与m4CPSB脉冲，从总线上取数（在m3内）Q15与m4CPSA脉冲，从总线上取数（在m3内）Q16WB控制寄存器的读出和写入位置Q17WAQ18RBQ19RAQ2

6、0与非m4WE（低有效）寄存器组写使能Q21与非m3RE（低有效）寄存器组读使能Q22与非m3PC_BUS（低有效）m3作为一个指令周期的开始Q23与m3PC1PC+1以便访问下个主存地址Q24与m4CPPC脉冲（在PC1之后）Q25与非m3IR_CLR（低有效）在每条指令末尾，自动跳转到取指周期Q26与m4BUS_IR脉冲信号（需在m3之内）Q27与非m3uPC_CLR（低有效）在每条指令末尾，自动跳转到取指周期Q28与m4BUS_uPCBUS_uPC同为脉冲与BUS_MAR可同时运用m4Q29与m4BUS_C脉冲，从总线上取数到暂存器（在m3内）Q30与非m3C-BUS（低有效）三态输出暂

7、存器数据到BUSQ31非HALT（低有效）停机信号（非时序）3. 取指的公共操作及指令流程取指公共操作PC-BUS,CPMAR,WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPIR,PC1,CPPC微指令00000000000100000100000000000000010000000000000000001101100000000000000000110110机器指令流程机器指令指令助记符0000000101MOV RA,0027H0000001002MOV RA,RA0000001103MOV RB,1000H0000010004ADD RA,RB0000010105OR RA,0027H00

8、00011006DEC 0027H0000011107SUB RA,RB0000100008HALT0000110009JMP000011010AAND RA,RB4.相应微程序流程入口地址0000H指令助记符取指周期微指令10400040微指令流程PC-BUS,CPMAR微指令D800036微指令流程WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPIR,PC1,CPPC入口地址0100H指令助记符MOV AX, 0027H微指令运行取指周期微指令流程微指令10400040微指令流程PC-BUS,CPMAR微指令11900036微指令流程WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,WE,PC1,CPP

9、C微指令A000000微指令流程0-IR,0-uPC入口地址0200H指令助记符MOV AX,AX微指令运行取指周期微指令流程微指令10200040微指令流程RE,CPMAR微指令10100036微指令流程WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,WE,PC1,CPPC微指令A000000微指令流程0-IR,0-uPC入口地址0300H指令助记符MOV BX,0100H微指令运行取指周期微指令流程微指令10400040微指令流程PC-BUS,CPMAR微指令11910036微指令流程WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,WE,WB,PC1,CPPC微指令A000000微指令流程0-IR,0-u

10、PC入口地址0400H指令助记符ADD AX,BX微指令运行取指周期微指令流程微指令10208000微指令流程RE,CPSA微指令10244000微指令流程RE,RB,CPSB微指令10102580微指令流程S3,S0,ALU-BUS,WE微指令A000000微指令流程0-IR,0-uPC入口地址0500H指令助记符OR AX,BX微指令运行取指周期微指令流程微指令10208000微指令流程RE,CPSA微指令10400040微指令流程PC-BUS,CPMAR微指令10000076微指令流程WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPMAR微指令10004036微指令流程WR,RD,CPMDR

11、,RAM-BUS,CPSB微指令11903A80微指令流程S3,S2,S1,M,ALU-BUS,WE,PC1,CPPC微指令A000000微指令流程0-IR,0-uPC入口地址0600H指令助记符DEC 0027H微指令运行取指周期微指令流程微指令10400040微指令流程PC-BUS,CPMAR微指令10000076微指令流程WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPMAR微指令10008036微指令流程WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPSA微指令10003D98微指令流程S3,S2,S1,S0,CN,ALU-BUS,WRE,WR.PC1,CPPC微指令A000000微指令流程0

12、-IR,0-uPC入口地址0700H指令助记符SUB AX,BX微指令运行取指周期微指令流程微指令10208000微指令流程RE,CPSA微指令10244000微指令流程RE,RB,CPSB微指令10101880微指令流程S2,S1,ALU-BUS,WE微指令A000000微指令流程0-IR,0-uPC入口地址0A00H指令助记符AND AX,BX微指令运行取指周期微指令流程微指令10208000微指令流程RE,CPSA微指令10284000微指令流程RE,RA,CPSB微指令11902E80微指令流程S3,S1,S0,M,ALU-BUS,WE微指令A000000微指令流程0-IR,0-uPC

13、入口地址0800H指令助记符HALT微指令运行取指周期微指令流程微指令0000000001微指令流程HALT入口地址0900H指令助记符JMP微指令运行取指周期微指令流程微指令10400040微指令流程PC-BUS,CPMAR微指令11000056微指令流程WR,WRE,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPPC微指令A002C00微指令流程0-IR,0-uPC4. 微程序控制部件调试如波形所示MOV AX，0027HMOV AX，0027HMOV AX,AXMOV AX,AXMOV BX,0100HADD AX,BXADD AX,BXORAX,BXORAX,BXDEC 0027HDEC 00

14、27HSUB AX,BX AND AX,BXAND AX,BXHALT七、 指令汇总（实例，汇编格式）1. MOV AX，Imm（公共）2. MOV AX,AX（公共）3. MOV BX,Imm（公共）4. ADD AX,BX（公共）5. ORAX,BX （公共）6. DEC D16（公共）7. SUB AX,BX（同组人设计）8. AND AX,BX（自己设计）9. JMP （同组人设计）10. HALT（公共）八、 心得体会计算机原理课程设计巩固、加深和拓展课堂上所学的教学内容，帮助我们更好的了解了计算机中寄存器、存储器、运算器的特性，了解了他们在工作时候的原理。通过课程设计的制作，让我们更加深刻的了解了指令的具体实现过程。并且体会到了看似简单的指令在计算机中并不是那么容易就可以实现的，它要经历一个复杂的过程。这让我们也想到了求学和工作的道路，不可能一帆风顺，也没有什么捷径，只能够通过一点一滴的积累来实现。虽然在制作课程设计的过程中，我们曾经因模块而郁闷，我们曾经因波形而头疼，我们曾经因机器码而崩溃，我们面对了各种错误，我们遭遇了各种困难，但是回想起来仍是受益匪浅。我们了解并学会使用了寄存器、存储器、运算器，并且能够用它制作一些简单的实用模