简单实验计算机的设计汇总

1、山东建筑大学计算机科学与技术学院课程设计说明书题目：简单实验计算机的设计（七）课程：计算机系统综合设计院（部）：计算机科学与技术学院专业：计算机科学与技术班级：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：目录1、课程设计题目32、课程设计目的33、课程设计方案34、课程设计内容34.1、 设计要求34.2、 设计整机逻辑框图44.3、 设计指令系统54.4、 设计指令执行流程64.5、 确定微操作控制信号及其实现方法94.6、 编写调试程序125、结论216、参考资料22山东建筑大学计算机科学与技术学院课程设计任务书设计题目简单实验计算机的设计（七）指导教师班级已知技术参数和设计要求1、使用FD-CE

2、S实验仪2、主要模块：运算器、寄存器、指令部件、内存、总线缓冲、微程序控制、启停和时序模块。3、完成以下指令的设计：MOVRi,#dataLDAaddriADDA,RiSTAaddr2HALT设计内容与步骤1、运算器米用单累加器多通用寄存器结构,操作数寻址方式米用直接地址寻址，立即数寻址，累加器直接寻址。2、程序、微程序的设计、调试。3、实现能执行将寄存器（Ri）中的内容与内存某个单元addri内容相加存入到另一个单元addr2中，并停机，然后从控制台读出addr2存放的计算结果。4、课程设计说明书。设计工作计划与进度安排1、调试工具4学时2、设计语言ABL-HDL6学时3、FD-CES实验仪

3、功能模块10学时4、指令与微程序的设计10学时5、课程设计说明书10学时设一核要求1、考勤20%2、课程设计说明书50%3、成果演示30%指导教师（签字）教研室主任（签字）1、课程设计题目简单实验计算机的设计（七）2、课程设计目的在学习了专业基础课计算机组成原理和系统结构课程的基础上，通过设计简单实验计算机的部分指令，加深对计算机硬件结构和系统软件的认识，初步掌握计算机指令的设计与使用方法。3、课程设计方案基于FD-CE砥验箱的硬件模块平台，通过PCM和可编程逻辑（PLD电路实验板，完成简单实验计算机的部分指令的控制信号线的连接、编码、微程序的设计，在FD-CESS验箱的控制台上运行用所设计的

4、指令编写的程序，验证设计指令的正确性。4、课程设计内容4.1、 设计要求运算器：采用单累加器多寄存器结构（开关KAKBKGKR分别置左、右、右、左）指令系统：小于等于8条指令，无外设。（3）内存寻址方式：直接地址寻址，立即数寻址，累加器直接寻址。（4）微程序设计微操作信号发生器。34.2、设计整机逻辑框图5工_IJHI1+dnI931X-1票|三Hi左生(W二)11苫2NSIS_8|>.'S&ZKY集<簿T二至亟3C(甲二另一/>TJ.)d爻§1一fHs1工呼EszTr考LLI&SZIG耳一1134.3、设计指令系统4、(1)实验计算机的指令

5、系统具体由以下5条指令组成MOVRi,#dataLDAaddriADDA,RiSTAaddr2HALT(2)指令操作数寻址方式及其编码MOVRi#data:寻址方式：立即数寻址功能：datafRi编码：指令编码：000000Ri(R1),data00000001d7d6d5d4d3d2did0LDAaddri:寻址方式：直接地址寻址功能：(addri)-A编码：指令编码：000010a9,a8,a7a000001000a7a6a5a4a3a2aia0ADDA,Ri:寻址方式：累加器直接寻址功能：(A)+(Ri)-A编码：指令编码：010100Ri(R1)01010001STAaddr2:寻址方

6、式：直接地址寻址功能：Af(addr2)编码：指令编码：010110a9,a8,a7a001011000a7a6a5a4a3a2a1a0功能：停机HALT:编码：指令编码：101000001010000064.4设计指令执行流程双字节指令MOVRi,#data该指令功能为data-Ri,需执行如下微操作:PCOB1(PC) IAB OAB，;程序计数器 PC内容作访问内存地址24IR1(M)RODBJJDBB3IRlCI,GJ；读出指令字节送指令寄存器P+1, CK(PC)+1 PC;PC加1,为取下条指令字节准备PCOB1(PC)-IAB-OAB;根据PC访内存(M)RCDBBDBB3RiX

7、0，X1,CA，;取出本指令第二字节(即data)送RiP+1, CK(PC)+1 PC;PC加1,为取下条指令字节准备其中，必须同一拍；可单独一拍也可与合一拍；也必须同一拍；可单独一拍也可与合一拍。推荐采用如下方案：T0(第一拍)：T1(第二拍)：双字节指令LDAaddr该指令功能为(addr)-A,需执行如下微操作：(PC)PCOABOAB;程序计数器PC内容作访问内存地址(M)%DBBDBB3IRlC1,G>读出指令字节送指令寄存器IR1P+1,CK.一(PC)+1PC;PC加1,为取下条指令字节准备(PC)PCOIABOAB1>根据PC访问内存RCB2,B3CL(M)-OD

8、BIDBkIR2k;取出本指令第二字节送IR2P+1, CK(PC)+1 PC;PC加1,为取下条指令字节准备I2.I1.I0(IR2)IaB0>OABb»由IRl低3位和IR2的8位形成11位操作数地址RCB2,B3CT(M)ODBIDB>TMP);从内存读出操作数送TMPOT,/Cn,M,S3,S2,S1,S0,X0,X1,CA;TM咕容经 ALU传送，存入 A(TMP)A.其中，必须同一拍；也必须同一拍；也必须同一拍；可以单独一拍也可与合一拍；可单独一拍也可和合一拍；可单独一拍也可和合一拍或者和合一拍（TMP设置为直通）。推荐采用如下方案：T0(T1(T2(第一拍广

9、 第二拍）： 第三拍）： 单字节指令ADDARi该指令功能为（A）+（Ri）-A,需执行如下微操作：（PC）PCOAB-OA1>程序计数器PC内容作访问内存地址（M）有DBBDbb3IRlC冬；内存该地址单元读出指令字节送指令寄存器IR1P+1, CK(PC)+1 PC;PC加1,为取下条指令字节准备c CC, CG(A) ACTX0, X1, CABUF至DB最后送人累;累加器A内容送累加器暂存器ACT,为ALU准备好被加数OT,A,B,RR,/Cn,M,S3,S2,S1,S0OB（ACT）+（Ri）BUFIDB-A三暂存器TMP俞出高阻，读Ri寄存器内容，使ALU执行力口法，结果经加

10、器ASA,SB,CPCn+4-一CYf；据加法结果置进位标志CY其中，必须在一拍（即取指令周期）内完成；也必须在同一拍内完成；而不可以和在同一拍，但可以和在同一拍；可以和同拍也可以和同拍；也可把、单独一拍，甚至和各一拍也可以。推荐采用如下方案:T0（第一拍广T1(第二拍)：双字节指令STAaddr该指令功能为A-(addr),需执行如下微操作：pconbbi(PC)IAB9AB;程序计数器PC内容作访问内存地址(M)RCDBB2涔IRlCI-G>读出指令字节送指令寄存器IR1P+1,CK(PC)+1PC；PC加1,为取下条指令字节准备(PC)PCOIABOaB4;根据PC访问内存B2,

11、B3CL(M)ODBIDB3IR2;取出本指令第二字节送IR2P+1, CK(ACT)送至IDB,存人 ODBRR, A, B,/Cn, M, S3, S2, S1, S0BUF IDBODB;读A内容经ALU传(PC)+1:PC;PC加1,为取下条指令字节准备I2.I1.I0(IR2)IAB°I>OABB>由IRl低3位和IR2的8位形成11位操作数WCODB_(M);将ODB里的数写入到内存中。其中，必须同一拍；也必须同一拍；也必须同一拍；可以单独一拍也可与合一拍；可单独一拍也可和合一拍；可单独一拍也可和合一拍或者和合一拍(TMP设置为直通)。推荐采用如下方案：T0(

12、第一拍)：T1(第二拍)：T2(第三拍)：4.5、 确定微操作控制信号及其实现方法4.5.1 .设计微操作信号(1)运算器模块(ALU)ZC=M12，CP=M13KSA接X0接M17SB接X1接M16PO接CYPl接A0接SRP2接A7接SLCA接/小S3S0接M2M20/Cn接M19M接M11CG接Ml8CC接/小OB接M8(2)寄存器堆模块(REG)WR=M0.jRR接M1A接I0B接I1(3)指令部件模块(I_PC)CL=M14-(f)P+l接M7GI接M6CI接了CK接POCLR接+5V0I接M15LP、PC0如图2-15所示内存模块四£乂)RC=M2+工WC=M3+)(5)

13、总线缓冲模块(BUS)Bl、B3接RFB2=RC+IAB2IAB10KA接IAB0PA接IAB1(6)启停和时序模块(R_P)DR接M5RCP接一微程序控制模块（MPG）MLD接M4MP+1接+5VMCLR接ROMCLK接P0MIG接地MD10MD6接地MD5接I7MD4接I6MD3接地MD2接I3MDlMDO接VCC（+5V）4.5.2 .微操作信号的实施用PLD实验板实施，先在PC机Synario环境下编辑微操作信号的硬件描述文件，然后编译成相应的熔丝图文件，最后通过PC机并行口下载电缆将熔丝图文件烧到PLD实验板上的ispLSI2096内，即完成了微操作信号的实施。4.5.3 设计微指令

14、的格式指令助记符位23222120191817161514131211109876543210信号S3S2S1S0CnMX1X0OICLCP'/CGOTLP'OBGIP+1DRMLDWCRCRRWR微指令码（十六进制）功效电平011*000001000001微地址取指微指令000H00000000100001110110101000876A001002MORi,#data003000000001000111111111011008FFB00400000000100001110110101000876A005LDAaddr00700000000110011111111101000

15、CFFA008000000110000111110111010030FBA00900000000100001110110101000876A00AADDA,Ri0131001101110101110101111009BAEBC01400000000100001110110101000876A015STAaddr01700000000110011111111101000CFFA018000010000000111010110110080EB601900000000100001110110101000876A01AHALT023000000001000111110011110008F9E02400

16、000000100001110110101000876A4.5.4 确定微程序控制方式一、确定微程序入口地址形成方法采用“按操作码散转”的方法确定微程序入口地址的形成。该方法以指令操作码（8位）为核心，扩展成11位的微程序地址即MD13MDOIRl的I7.I6.I2为指令操作码，每条指令执行不超过4拍，即微程序可由多至4条微指令组成，那么可按下图形成各微程序首地址MD10MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD0“0”I7I6“0”I3”1按指令操作码散转指令操作码I7I6I3微程序首址MD10-MD0000003H001007H010013H011017H100023H、确定控存的顺序控制方

17、法控存的顺序控制方法采用计数增量方法。即每段微程序执行过程中mpOj口1计数，指向下一条微指令地址。4.5.5 编写各指令的微程序指令助记符节拍微指令码MOVRi,#dataT0008FFBT100876ALDAaddr1T000CFFAT1030FBAT200876AADDA,RiTO9BAEBCT100876ASTAaddr2TOOOCFFAT1080EB6T2OO876AHALTTO008F9ET100876A4.6、 编写调试程序4.6.1 汇编程序：MOVR1#20HLDA55HADDA,R1STA56HHALT4.6.2 、编写ABEL程序，并烧到PLD实验板MODULECESBt

18、itle'ThisisanexampleforhowtousePLDBoard"DefineComputerInput/OutputPins:"BLOCK1IAB10PIN45;IAB9PIN44;IAB8PIN43;IAB7PIN42;IAB6PIN41;IAB5PIN40;IAB4PIN39;IAB3PIN38;IAB2PIN37;IAB1PIN36;IAB0PIN35;RCPIN34;WCPIN32;B2PIN31;IDB0PIN30;IDB1PIN29;IDB2PIN28;IDB3PIN27;IDB4PIN26;IDB5PIN25;IDB6PIN24;IDB

19、7PIN23;10 PIN22;11 PIN21;12 PIN13;13 PIN12;14 PIN11;15 PIN10;16 PIN9;I7PIN8;PCOPIN7;PINCPIN6;LPPIN5;GIPIN4;OIPIN3;"BLOCK2CLPIN2;RRPIN128;WRPIN127;SBPIN126;SAPIN125;APIN99;BPIN100;P1PIN123;P2PIN56;CGPIN124;CYPIN110;CTPIN122;OTPIN121;20;ZDPINCPPIN120;S3PIN119;S2PIN118;S1PIN117;S0PIN109;MPIN108;CN

20、PIN107;SRPIN106;SLPIN105;X0PIN104;X1PIN103;A7PIN84;A0PIN51;OBPIN102;ROPIN78;DRPIN101;CLKPIN46;"BLOCK3M23PIN98;M22PIN96;M21PIN95;M20PIN94;M19PIN93;M18PIN92;M17PIN91;M16PIN90;M15PIN89;M14PIN88;M13PIN87;M12PIN86;M11PIN85;M10PIN77;M9PIN76;M8PIN75;MD8PIN66;MD7PIN63;MD6PIN62;MD5PIN61;MD4PIN60;MD3PIN5

21、9;M7PIN74;M6PIN73;72;M5PINM4PIN71;M3PIN70;M2PIN69;M1PIN68;M0PIN67;MD2PIN58;MLDPIN57;"BLOCK4"MIG=0PAPIN55;KAPIN53;PBPIN54;KBPIN52;READNODE;EQUATIONS"DefineConnectionsandLogic:”*ALU*CP=!(M13&CLK);SA=M16;X0=M16;SB=M17;X1=M17;P1=A0;SR=A0;S3=M23;S2=M22;S1=M21;S0=M20;CN=M19;M=M18;CG=M11

22、;OB=M8;OT=M10;CT=1;”*REG*WR=!(M0&CLK);RR=M1;A=I0;B=I1;”*I-PC*CL=!(M14&CLK);PINC=M6;GI=M7;OI=M15;PCO=!M6;LP=(!M9)&(!I4&!I3&ZD# !I4&I3&CY# I4&!I3&A0# I4&I3);”*MEM*RC=M2#!CLK;WC=M3#!CLK;”*BUS*B2=M2#IAB2&IAB10;KA=IAB0;PA=IAB1;IDB0=KB;IDB7=KA;IDB0.OE=READ;IDB7.

23、OE=READ;READ=!(M2#!(IAB10&IAB2);”*R-P*DR=M5;"*MPG*MLD=M4;MD8=0;MD7=0;MD6=0;MD5=I7;MD4=I6;MD3=0;MD2=I3;ENDCESB4.6.3、利用FD-CES空制台将汇编程序输入内存1、输入内存如要将程序和数据分别写入内存的相应单元中，相应的操作和显示如下表操作显示M/CMg左RET（或STOP）CPUREADY（或小数点消失）000LOAD000xxxxx01W+1001xx0120W+1002xx2008W+1003xx0855W+1004xx5551W+1005xx5158W+100

24、6xx5856W+1007xx56A0W+1008xxA02、读内存将内存中的相应单元的数据读出，检查上一步键入是否正确，相应的操作和显示如下表操作显示M/CMg左RET（或STOP）CPUREADY（或小数点消失）000LOAD00001xxxR+100120xxxR+100208xxxR+100355xxxR+100451xxxR+100558xxxR+100656xxxR+1007A0xxx4.6.4.利用FD-CES空制台将指令的微程序输入控存一、写控存（键人微程序）把微程序分别写入控存的相应单元中，相应的操作和显示如下表操作显示M/CMg右RET（或STOP）CPUREADY（或小数

25、点消失）000LOAD000xxxxxx00876AW+1001xxxxxxRETxxxxxxxxx003LOAD003xxxxxx008FFBW+1004xxxxxx00876AW+1005xxxxxxRETxxxxxxxxx007LOAD007xxxxxx00CFFAW+1008xxxxxx030FBAW+1009xxxxxx00876AW+100AxxxxxxRETxxxxxxxxx013LOAD013xxxxxx9BAEBCW+1014xxxxxx00876AW+1015xxxxxxRETxxxxxxxxx017LOAD017xxxxxx00CFFAW+1018xxxxxx080EB6

26、W+1019xxxxxx00876AW+101AxxxxxxRETxxxxxxxxx023LOAD023xxxxxx008F9EW+1024xxxxxx00876AW+1025xxxxxx二、读控存（读微指令）读出控存相应单元的内容（微指令信息），检查上一步中微程序是否键入错误，相应的操作和显示如下表。操作显示M/CMg右RET(或STOP)CPUREADY（或小数点消失）000LOAD00000876A003LOAD003008FFBR+100400876A007LOAD00700CFFAR+1008030FBAR+100900876A013LOAD0139BAEBCR+101400876A017LOAD01700CFFAR+1018080EB6R+101900876A023LOAD023008F9ER+102400876A4.6.5调试地址指令指令编码000MOVR1,#20H01;20=>R100120002LDA05508;(55)=30=>A00355004ADDA,R151;30+20=>50(