《计算机组成原理》课程设计

华北科技学院课程设计说明书设计名称:__计算机组成原理课程设计___班级:计科B12-1第__7_组小组成员:____、_____、___设计内容:_扩展4条指令MBMC、NOTD、SHTD、SUBN设计时间:__2015-1-12__至__2015-1-23_指导教师:_席振元、梁生科、顾涛、邵铁君、于咏霞小组总体情况：1、工作量：大（），较大（），一般（），较小（）2、难易度：难（），较难（），一般（），简单（）3、报告规范度：规范（），较规范（），一般（），不规范（）评阅教师:＿＿＿＿＿课题组成员及分工姓名完成的主要内容写实验报告，指令验证，ABEL程序编辑指令扩展，ABEL语言源程序的编辑与修改指令扩展，监控程序的编辑，烧入芯片签字

成绩评定小组成员：1、工作量：大（），较大（），一般（），较小（）2、难易度：难（），较难（），一般（），简单（）3、答辩情况：基本操作：熟练（），较熟练（），一般（），不熟练（）基本原理：清楚（），较清楚（），基本清楚（），不清楚（）4、学习态度：优秀（），良好（），中等（），一般（）总评成绩：_________小组成员：1、工作量：大（），较大（），一般（），较小（）2、难易度：难（），较难（），一般（），简单（）3、答辩情况：基本操作：熟练（），较熟练（），一般（），不熟练（）基本原理：清楚（），较清楚（），基本清楚（），不清楚（）4、学习态度：优秀（），良好（），中等（），一般（）总评成绩：_________小组成员：1、工作量：大（），较大（），一般（），较小（）2、难易度：难（），较难（），一般（），简单（）3、答辩情况：基本操作：熟练（），较熟练（），一般（），不熟练（）基本原理：清楚（），较清楚（），基本清楚（），不清楚（）4、学习态度：优秀（），良好（），中等（），一般（）总评成绩：_________

1．课程设计目的通过计算机组成原理课程设计，进一步熟练掌握计算机各功能部件的内部构造和相互之间的联系（部件配置、相互连接和作用）、各功能部件的性能参数的相互匹配、机器指令级的各种功能和特性。进一步将所学知识融会贯通、达到知识的系统化，进一步提高硬件系统设计的能力，为以后的更高一级的硬件设计打下坚实基础。2.课程设计任务在现有的TEC-XP+教学机指令系统上扩展4条指令。要求：（1）4条指令至少要用到4种寻址方式；（2）4条指令分别由1步、2步、3步、4步完成；（3）监控命令A、U必须能够支持这4条指令。3.系统组成原理及实现对用到的原理进行简要说明。运算器TEC-XP系统机上的运算器，选8或16位字长，分别由2或4片4位的位片结构的器件组成，作为讲解运算器的实例和教学实验的对象，有很强的典型性。运算器部件主要包括两组独立的8位字长的运算器，各自由2片位片结构的运算器AM2901组成；还有状态标志（CZVS）寄存器和教学实验所需的相关逻辑部件。AM2901的结构如下图所示：I3I3I4I5I6I7I0I8I1I24位运算器芯片Am2901内部结构框图第一个组成部分是算逻运算部件ALU，完成3种算术运算和5种逻辑运算，共计8种功能。其输出为F，两路输入为S、R，最低位进位Cn，四个状态输出信号如图所示。第二个组成部分是通用寄存器组，由16个寄存器构成，并通过B口与A口地址选择被读的寄存器，B口地址还用于指定写入寄存器。通过B口地址、A口地址读出的数据将送到B、A锁存器，要写入寄存器的数据由一个多路选择器送来。第三个组成部分是乘商寄存器Q，它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出结果。一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的R、S输入端的数据来源，包括Q寄存器、A口、B口、外部输入D数据的8种不同组合。第四个组成部分是5组多路选通门,包括一组三选一门完成把ALU的输出、或左移一位、或右移一位的值送往通用寄存器组，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。一组三选一门完成Q寄存器的左移一位、或右移一位、或接收ALU输出值的功能，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。一组二选一门，选择把A口数据或ALU结果送出芯片，以给出输出Y的数据，Y输出的有无还受输出使能/OE信号的控制，仅当/OE为低时才有Y输出，/OE为高，Y输出为高阻态。TEC-XP计原l6系统的运算器部件主体部分由4片长度为4位的位片结构运算器芯片Am2901组成。4片Am2901之间的连接如图所示。4片Am2901连接图16位运算器结构框图（2）微程序控制器微程序控制器的组成与实现，以及微指令格式及各字段意义。入口地址：指令的微程序入口地址；下址：微程序执行完后下一条微程序的地址；00表示需要进行地址转移逻辑，30表示微程序结束。CI3-0：判别测试字段，其主要编码及功能如表1。SCC3-0：地址转移逻辑字符，仅当CI3-0为0011时有效。其主要编码及功能如表2。MRW：控制对内存和I/O接口的读写，其主要功能如下：000，写内存；001读内存；010写串口；011读串口；1XX无内存和串口的读写操作。I2-0：控制数据来源，其编码及功能见表3。I8-6：控制对运算结果的处理，其编码及功能见表3。I5-3：运算功能的选择，其编码及功能见表3。表3Am2901的9位控制码编码及功能SST：对CZVS的控制。SSHSCI：设置进位输入。B口：1000表示IR的DR字段，0000表示不用B口。A口：1000表示IR的SR字段，0000表示不用A口。（3）内部总线和特定寄存器的控制DC2：专用寄存器接收控制，其主要编码及功能见表4-1。DC1：送内部总线的数据，其主要编码及功能见表4-2。表4-1专用寄存器接受控制表4-2内部总线数据来源选择控制DC2编码译码操作操作说明DC2编码译码操作操作说明000NC不操作000/SWTOIB送开关内容到内部总线001/GIR指令寄存器接受001/RTOIB送ALU输出到内部总线010/16位机不用010/ETOIB送IR地位字节内容到内部总线011/GAR地址寄存器接受011/FTOIB送程序状态字到内部总线100/INTR恢复原中断优先级100/16位机不用101/INTN接受新中断优先级101/16位机不用110/E1用于开中断指令110/INTV送中断向量到内部总线111/D1用于关中断指令111NC不操作4.扩展4条指令（1）4条指令的格式及功能4条扩展指令的格式、功能、寻址方式、操作码编码、微程序步数、微程序入口地址如下表。指令格式功能寻址方式编码操作步数入口MBMCDR,SRSR的值取非和DR的值相与SR,DR均为直接寻址22H一步80HNOTDDR,SRSR的值和SR的值相与，取反SR,DR均为直接寻址A1H两步81HSHTDDRDR值乘以二再加二DR直接寻址E3H三步83HSUBNDR,[SR]求DR,[SR]的差,再取反DR直接寻址SR间接寻址E9H四步90H（2）指令所对应的微程序每条机器指令对应的微程序、每条微指令的功能及各字段值的意义如下表：序号指令入口地址下址CI3-0SCC3-0MVRI2-0I8-6I5-3B口A口SSTSSHSCIDC2DC11MBMCDR,SR8030304,13,58,81,00,02NOTDDR,SR8100E04,13,48,81,00,030304,33,78,01,00,03SHTDDR8300E04,37,08,06,40,000E04,33,08,01,10,030304,33,08,01,10,04SUBNDR,[SR]9000E04,41,00,80,03,000E04,30,08,00,00,000E01,63,18,00,10,030304,33,78,01,00,0（3）ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成MBMC = (IR==[0,0,1,0,0,0,1,0]);NOTD = (IR==[1,0,1,0,0,0,0,1]);SHTD = (IR==[1,1,1,0,0,0,1,1]);SUBN = (IR==[1,1,1,0,1,0,0,1]);MA80=(Y==[1,0,0,0,0,0,0,0]);MA81=(Y==[1,0,0,0,0,0,0,1]);MA82=(Y==[1,0,0,0,0,0,1,0]);MA83=(Y==[1,0,0,0,0,0,1,1]);MA84=(Y==[1,0,0,0,0,1,0,0]);MA85=(Y==[1,0,0,0,0,1,0,1]);MA90=(Y==[1,0,0,1,0,0,0,0]);MA91=(Y==[1,0,0,1,0,0,0,1]);MA92=(Y==[1,0,0,1,0,0,1,0]);MA93=(Y==[1,0,0,1,0,0,1,1]);//入口地址：D0=!C_M&(!_MAP&(NOTD#SHTD#SUB#OR#CMP#MVRR#DEC#SHR#JR#PSHF#PUSH#POP#POPF#STRR#LDRR#LDPC#MVRD#CALA#RET#IRET#DI#ASR#RCR#STC#LDRA#LDRX#STRA#STRX#SBB#JRS#JRNS)#NXTADDR0&!_PL)&!Bit8;D1=!C_M&(!_MAP&(SHTD#AND#OR#TEST#MVRR#SHL#SHR#IN_#OUT#POP#POPF#LDRR#LDPC#JMPA#CALA#RET#IRET#NOT#ASR#CLC#STC#JMPR#LDRA#STRA)#NXTADDR1&!_PL)&!Bit8;D2=!C_M&(!_MAP&(ADD#SUB#AND#OR#INC#DEC#SHL#SHR#PSHF#PUSH#POP#POPF#MVRD#JMPA#CALA#IRET#RCL#RCR#CLC#STC#LDRX#STRA#CALR)#NXTADDR2&!_PL)&!Bit8D3=!C_M&(!_MAP&(XOR_#CMP#TEST#MVRR#INC#DEC#SHR#SHL#STRR#LDRR#LDPC#MVRD#JMPA#CALA#EI#DI#JMPR#JRS#JRNS#LDRA#LDRX#STRA)#NXTADDR3&!_PL)&!Bit8;D4=!C_M&(!_MAP&(SUBN#JRC#JRNC#JRZ#JRNZ#JR#IN_#OUT#PSHF#PUSH#POP#POPF#STRR#LDRR#LDPC#MVRD#JMPA#CALA#EI#DI#ADC#SBB#NOT#ASR#RCL#RCR#CLC#STC#JMPR#LDRA#LDRX#STRA)#NXTADDR4&!_PL)&!Bit8;D5=!C_M&(!_MAP&(RET#IRET#JRS#JRNS#CALR#STRX)#NXTADDR5&!_PL)&!Bit8;D6=!C_M&(!_MAP&(EI#DI#IRET#ADC#SBB#NOT#ASR#RCL#RCR#CLC#STC#JMPR#JRS#JRNS#LDRA#LDRX#STRA#STRX#CALR)#NXTADDR6&!_PL)&!Bit8; D7=!C_M&(!_MAP&(MBMC#NOTD#SHTD#SUBN)#NXTADDR7&!_PL)&!Bit8;//下址：NXTADDR7:=0;NXTADDR6:=0;NXTADDR5:=!C_M&(MA80#MA82#MA85#MA93#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA13#MA14#MA16#MA18#MA1A#MA1C#MA1E#MA22#MA24#MA30#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA63#MA66#MA68#MA69#MA6A)&!Bit8;NXTADDR4:=!C_M&(MA80#MA82#MA85#MA93#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA17#MA18#MA1A#MA1C#MA1D#MA22#MA24#MA30#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA63#MA66#MA69#MA6A)&!Bit8;NXTADDR3:=!C_M&(MA15#MA17#MA1D#MA30#MA5C#MA5E#MA60)&!Bit8;NXTADDR2:=!C_M&(MA12#MA17#MA1D#MA1E#MA5C#MA5E)&!Bit8;NXTADDR1:=!C_M&(MA15#MA30#MA31#MA60#MA68)&!Bit8;NXTADDR0:=!C_M&(MA3F#MA68)&!Bit8;//CI3-0,SCC3-0定义：CI3:=!C_M&(MA81#MA83#MA84#MA90#MA91#MA92#MA00#MA01#MA02#MA19#MA1B#MA89#MA1F#MA20#MA21#MA23#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA3E#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA62#MA64#MA65#MA67#MA89)&NRST&!Bit8;CI2:=!C_M&(MA81#MA83#MA84#MA90#MA91#MA92#MA00#MA01#MA02#MA19#MA1B#MA89#MA1F#MA20#MA21#MA23#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA3E#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA62#MA64#MA65#MA67)&NRST&!Bit8;CI1:=!C_M&1&NRST&!Bit8;CI0:=!C_M&(MA80#MA82#MA85#MA93#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA17#MA18#MA1A#MA1C#MA1D#MA1E#MA22#MA24#MA30#MA31#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA63#MA66#MA68#MA69#MA6A)&NRST&!Bit8;SCC3:=!C_M&0&NRST&!Bit8;SCC2:=!C_M&(MA10#MA12#MA15#MA17#MA69)&NRST&!Bit8;SCC1:=!C_M&(MA12#MA15#MA17#MA30)&NRST&!Bit8;SCC0:=!C_M&(MA15#MA17#MA69)&NRST&!Bit8;//MVR,I2-I0定义：!_MIO00:=!(MA80#MA81#MA82#MA83#MA84#MA85#MA90#MA91#MA93#MA00#MA01#MA03#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA23#MA30#MA31#MA3A#MA3B#MA3D#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA64#MA66#MA67#MA69#MA6A);REQ00:=(MA13#MA14);_WE00:=(MA92#MA02#MA14#MA18#MA1C#MA20#MA24#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA68);I200:=(MA90#MA92#MA0B#MA11#MA12#MA14#MA1A#MA1B#MA89#MA1C#MA20#MA24#MA30#MA3C#MA3F#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA65#MA66#MA6A);I100:=(MA82#MA83#MA84#MA85#MA91#MA92#MA93#MA01#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA12#MA13#MA14#MA15#MA17#MA19#MA1C#MA1D#MA1E#MA1F#MA20#MA21#MA22#MA23#MA24#MA30#MA31#MA3B#MA3D#MA3E#MA3F#MA52#MA53#MA54#MA55#MA5B#MA5C#MA5D#MA5F#MA60#MA61#MA63#MA64#MA67);!I000:=!(MA80#MA81#MA82#MA83#MA84#MA85#MA91#MA93#MA00#MA01#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA17#MA19#MA1C#MA1D#MA1E#MA1F#MA20#MA21#MA23#MA24#MA30#MA31#MA3B#MA3D#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60#MA61#MA62#MA63#MA64#MA67#MA6A)//I8-I6,I5-3定义：I800:=(MA83#MA0E#MA0F#MA53#MA54#MA55);I700:=(MA80#MA81#MA82#MA83#MA84#MA85#MA92#MA93#MA00#MA01#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA11#MA14#MA15#MA17#MA1C#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA22#MA23#MA24#MA31#MA3B#MA3D#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA54#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA64#MA66#MA67#MA6A);!I600:=!(MA80#MA81#MA82#MA83#MA84#MA85#MA90#MA92#MA93#MA00#MA02#MA03#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA18#MA19#MA1A#MA1B#MA89#MA1C#MA21#MA24#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA3E#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA63#MA64#MA65#MA66#MA68#MA69#MA6A)I500:=(MA80#MA81#MA82#MA93#MA06#MA08#MA0A#MA52);I400:=(MA82#MA93#MA07#MA08#MA52);I300:=(MA80#MA82#MA92#MA93#MA00#MA05#MA07#MA09#MA0D#MA15#MA21#MA3B#MA3D#MA51#MA52#MA64);//B口，A口定义：B30=(MA80#MA81#MA82#MA83#MA84#MA85#MA91#MA92#MA93#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA19#MA1C#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA63);B300:=B30&IR7;B20=(MA00#MA01#MA11#MA15#MA17#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA22#MA23#MA24#MA31#MA3B#MA3D#MA3F#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA64#MA66#MA67#MA6A);B200:=(!B30&B20#B30&IR6);B10=0;B100:=(!B30&B10#B30&IR5);B00=(MA00#MA01#MA11#MA1D#MA1E#MA1F#MA22#MA24#MA31#MA3F#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA66#MA6A);B000:=(!B30&B00#B30&IR4);A30=(MA80#MA81#MA90#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA1A#MA1B#MA89#MA50#MA51#MA5A#MA5E#MA62#MA66);A300:=(A30&IR3);A20=(MA00#MA01#MA11#MA17#MA1D#MA1E#MA1F#MA22#MA23#MA31#MA3C#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA65#MA67#MA6A);A200:=(!A30&A20#A30&IR2);A10=0;A100:=(!A30&A10#A30&IR1);A00=(MA00#MA01#MA11#MA1D#MA1E#MA1F#MA22#MA31#MA3C#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA65#MA6A);A000:=(!A30&A00#A30&IR0);//SST,SSHSCI定义：SST200:=(MA83#MA0E#MA0F#MA53#MA54#MA55#MA57);SST100:=(MA83#MA0E#MA18#MA54#MA56#MA68);SST000:=(MA80#MA81#MA82#MA84#MA85#MA93#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0C#MA0D#MA0F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA55#MA56);SSH00:=(MA83#MA53#MA54#MA55);SCI100:=(MA50#MA51#MA53);SCI000:=(MA84#MA85#MA92#MA00#MA01#MA05#MA09#MA0C#MA17#MA1D#MA1E#MA1F#MA23#MA31#MA53#MA54#MA55#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA67);//DC2,DC1定义：DC2_200:=(MA00#MA3A#MA3C#MA58#MA59#MA68);DC2_100:=(MA90#MA00#MA01#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA23#MA31#MA3A#MA3B#MA3D#MA58#MA59#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60#MA61#MA62#MA64#MA67);DC2_000:=(MA90#MA00#MA01#MA02#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA23#MA31#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA59#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60#MA61#MA62#MA64#MA67);DC1_200:=(MA01#MA31#MA3F);//(MA3F);//DC1_100:=(MA01#MA11#MA12#MA16#MA30#MA31#MA6A);//(MA11#MA12#MA16#MA30#MA6A);//DC1_000:=(MA13#MA16#MA1A#MA22#MA30#MA3C#MA3E#MA3F#MA63#MA65);（3）MACH编程将JED文件下载到MACH器件的过程(1)双击lc4256.syn，启动ispLEVER(2)双击.abl文件(3)双击CompileLogic进行编译(4)双击JEDECFile,生成.jed文件(5)双击启动ispVMSystem(6)SCAN找到器件并双击(7)Browse找到.jed文件，OK(8)GO（4）修改监控制程序;1WORD1-FollowNoneTYPE1DW'PSHF',8400H,'POPF',8C00H,'RET',8F00HDW'CLC',6C00H,'STC',6D00H,'EI',6E00H,'DI',6F00HDW'IRET',0EF00H,0 ;1WORD2-FollowByARegister(SR)TYPE2DW'PUSH',8500H,'JMPR',6000H,'CALR',0E000H,'SHTD',0E300H,0 ;1WORD;3-FollowByTwoRegistersTYPE3DW'ADD',0000H,'SUB',0100HDW'CMP',0300H,'AND',0200H,'OR',0600H,'XOR',0400HDW'TEST',0500H,'MVRR',0700HDW'ADC',2000H,'SBB',2100H,'MBMC',2200H,'NOTD',0A100HDW'ADDR',0B200H,'SBUL',0B300H,0 ;1WORD-FollowByAnOffsetTYPE4DW'JR',4100H,'JRZ',4600H,'JRNZ',4700H,'JRC',4400HDW'JRNC',4500H,'JRS',6400H,'JRNS',6500H,0 ;2WORD5-FollowByAnyAddressTYPE5DW'JMPA',8000H,'CALA',0CE00H,0 ;1WORD6-FollowByAPort<=FFHTYPE6DW'IN',8200H,'OUT',8600H,0 ;2WORD7-FollowByARegisterAndAAdressTYPE7DW'MVRD',8800H,0 ;1WORD8-FollowByA[R]andRTYPE8DW'STRR',8300H,0 ;1WORD9-FollowByARand[R]TYPE9DW'LDRR',8100HDW'ADRM',0E300H,'SUBN',0E900H,0 ;1WORD10-FollowByARegister(DR)TYPE10DW'POP',8700H,'INC',