计算机组成原理课程设计

课程设计说明书

计算机组成原理课程设计

院系：计算机科学与工程学院

专业班级：计科（16级4班）

学号：

学生姓名_____________

指导教师：X老师

2023年6月20日

安徽理工大学课程设计（论文）任务书

计算机科学与工程学院

学号学生姓名专业（班级）

设计题

设计指令系统

目

设

计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

技

图，在实验箱上实现指令系统。

术

2.运用软件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析。

参

数2.运用软件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析。

1.在基本模型机的基础上构建一组能实现输入、输出、力口、减、逻辑与、

逻辑或、逻辑非、转移指令等8个功能的指令，这些指令的助记符不

得与指导书上相同。

2.指令涉及立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方

式。

1）运用新构建的指令系统编程，分别实现以下程序，每组指定一题

完毕，且每组题目不可反复。

2）将四个二位十进制的BCD码转换成二进制数码；

并实现MOVR?,MM和ADDR?,MM指令。

3）将20个字节的内存单元清零；并实现MOVMM,#11和SUBR?,A指

令。

设

4）实现十进制的的乘法功能；并实现CPLR?和ADD指令。

计

输入十个8位有符号数，找出十个数的最大奇数与最小偶数；

要

并实现MOV@R?,A和SUBR?,#11指令。

求

输入是个8位有符号数，找出其中的最大值和最小值；

并实现ADD@R?,A和INMM指令。

在数组A中包含5个互不相等的整数，数组B中包含5个互不相

等的整数、请将既在A中出现又在B中出现的整数存放在数组C

中。

并实现INR?和SUBBR?,#11指令。

输入一个16位的数，对其进行带进位的循环左移；

并实现MOVMM,R?和SUBBR?,A指令。

说明:MM表达存储单元，#11表达立即数，R?表达寄存器RO,R1,R2,R3。

说明：MM表达存储单元,#11表达立即数,R?表达寄存器RO,Rl,R2,R3o

说明：MV表达存储单元，#11表达立即数,R?表达寄存器RO,RI,R2,R3。

工

1.课程设计说明书1000字；

作

2.画出流程图,编写微指令代码和程序。

量

工1.一方面认真研究老师所给的题目，了解题目规定做什么；

作2.查阅资料，解决难题；

il-3.编写源程序并调试之；

划4.写课程设计说明书。

参

张昆藏.计算机系统结构.北京：科学出版社

考[1]

资[2]著平玲娣，潘雪增《计算机组成与设计》浙江大学出版社

料[3]白中英.计算机组成原理（第二版）.北京：科学出版社

[4]DJ-CPTII超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书

指导教师签字教研室主任签字

2023年5月28日

安徽理工大学课程设计（论文）成绩评估表

姓名：学号班级：

题目:实现十进制的的乘法功能;并实现CPLR?和ADDR?,#II指令

指导教师评语：

成绩:

指导教师:

年月日

摘要

在现如今飞速发展的第三次信息化革命中，计算机被应用到各行各业，各个领域

中。随着计算机的进一步发展，人们逐渐步入自动化智能化的生活阶段。“计算机组

成原理”是计算机科学与技术系的一•广］核心专业基础课程，在计算机专业中起到很重

要的作用。本次课程设计通过对■一个简朴模型机的设计与实现，是我们对计算机的基

本组成、部件的设计、部件间的连接有更深的理解，运用CPU与简朴模型机来实现计

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，编写指令的应用程序，用

微程序控制器实现一•系列的指令功能最终达成将理论与实践相结合。本次设计完毕了

各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有实现同或功能的

应用程序。

本课程设计是在完毕计算机组成原理实验的基础上，来进行模型计算机的指令系统设

计。运用计算机组成原理实验中所学到的实验原理以及编程思想，硬件设备，在基本模

型机的基础上构建一组能实现输入、输出、全加、逻辑与、左移指令等功能的指令。

指令涉及立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式。运用新构建

的指令系统编程，实现十进制的的乘法功能；并实现CPLR?和ADDR?,#11指令。并且完

毕测实验证。

关键词:指令系统设计,DJ-CPTH模型机，计算机组成原理，十进制乘法，寻址方式

Abstract

No.thir.time.th.rapi.developmen.o.th.informatio.revolution,th.compute,i.ap

plie.t.al.walk.o.lif.i.variou.fields.Alon.wit.th.developmen.o.computer,peo

pl.gradual1.entere.th.stag.o.lif.intelligcn.automation.''Compute,compositio

.principle,i.th.Departmen.o.compute,scienc.an.technology..wid..Cor.Course.

〃.play..ver.importan.rol.i.compute,science.Thi.cours.i.designe.an.implemen

te.throug..simpl.mode,machine.W.hav..deepe.understandin.o.th.basi.componen

t.o.th.computer,th.desig.o.th.components,th.connectio.betwee.parts,an.th.a

pplicatio.o.CP.an.simpl.mode,machine,t.realiz.th.principle,an.prograinmin.i

dea.o.th.compute,compositio.principle,an.experiments,an.writ,instructions.

Th.application.wit.micr.controlle.t.achiev..serie,o.instruction..functio.f

inall.reache.th.combinatio.o.theor.an.practice.Thi.desig.ha.complete,th.in

structio.forma,an.encodin.design,th.realizatio.o.th.machin.instruction,t.f

or.micr.code.wit.application,t.achiev.th.sam.o.function.

Th.cours.desig.i.base.o.th.principl.o.Compute.Organizatio.experiment,desig

.instructio.syste.fo.mode,computer.Hardwar.usin.th.compute,componen.experi

inent.principl.1earne.experimenta.principl.an.programmin.ideas,base.o.th.ba

si.mode.o.th.constructio.o..grou.ca.achiev.input,output,an.logi.and.lef.in

struction.an.othe.function,o.th.instruction.Instruction,includ.immediate,d

irec.registe.addressing,directl.addressabl.memor.addressin.three.Th.us.o.p

rogrammin.instructio.syste.o.ne.construction,t.achiev.th.decima.multiplica

tio.function,an.th.realizatio.o.CP..an.AD.R?.#11.instruction.Complet.th.te

s.an.verification.

Keywords:instructionsystemdesign,DJ-CPTHmodelmachine,computerprinciple,

compositionofdecimalmultiplication,addressingmode

目录

1设计需求................................................................................1

1.1设计内容.........................................................................1

1.2设计规定.........................................................................1

2设计方案................................................................................3

2.1设计思绪.........................................................................3

2.22.2程序清单.....................................................................5

2.32.3指令流程图...................................................................6

3调试过程................................................................................9

3.13.1指令系统设计................................................................9

3.23.2微程序设计.................................................................9

4心得体会...............................................................................14

5致谢...................................................................................15

6参考文献...............................................................................15

1设计需求

1.1设计内容

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；

运用装件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析。

1.2设计规定

(1)在基本模型机的基础上构建一组能实现输入、输出、力口、减、逻辑与、逻辑或、

逻辑非、转移指令等8个功能的指令，这些指令的助记符不得与指导书上相同；

(2)指令涉及立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式；

2(3)运用新构建的指令系统编程，实现十进制的的乘法功能;

并实现CPLR?和ADDR?,#ll指令。

3设计方案

3.1设计思绪

按照规定设计指令系统，该指令系统可以实现数据传送、带进位的加法运算、左移运

算，累加器A判零条件转移指令具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存

储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。从而可以想到如下指令：24位控制位分

别介绍如下：

XRD:外部设备读信号，当给出了外设的地址后，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，由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据

写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。

IREN:将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPCo

EINT:中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。

ELPPC:打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。

MAREN:将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。

MAR0E:将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。

0UTEN:将数据总线DBLS上数据送到输出端口寄存器0LT里。

STEN:将数据总线DBLS上数据存入堆栈寄存器ST中。

RRD:读寄存器组R0-R3,寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。

RWR:写寄存器组R0-R3,寄存器R?的选择由指令的最低两位决定.

CN:决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=O不带进位。

FEN:将标志位存入ALJ内部的标志寄存器。

WEN:将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。

AEN:将数据总线DBUS的值打入累加器A中。

X2:X1:XO:输出寄存器

X2、XI、X0

三位组合

来译码选

择将数据

送到DBUS

上的寄存

器。具体如

下：

X2XIX0

000IN_OE外部输入门

001IA_OE中断向量

010STOE堆栈寄存器

011PC_OEPC寄存器

100D_OE直通门

101R_OE右移门

110L_OE左移门

111没有输出

S2:SI:SO:S2.SI.SO三位组合决定ALU做何种运算。

具体如下：功能

S2SISO

000A+W加

001A-W减

()10A|W或

011A&W与

100A+W+C带进位加

101A-W-C带进位减

110〜AA取反

111A输出A

模型机的寻址方式分五种：

累加器寻址：操作数为累加器A,例如“CPLA”是将累加器A值取反，尚有些指令

是隐含寻址累加器A,例如“OITF”是将累加器A的值输出到输出端口寄

存器OUTo

寄存器寻址：参与运算的数据在RO-R3的寄存器中，例如“ADDA,R0”指令是将寄

存器R0的值加上累加器A的值，再存入累加器A中。

3.2寄存器间接寻址：参与运算的数据在存储器EM中，数据的地址在

寄存器RO-R3中，例如“MOVA,@R1”指令是将寄存器R1的值

做为地址，把存储器EM中该地址的内容送入累加器A中。

3.3存储器直接寻址：参与运算的数据在存储器EM中，数据的地址为

指令的操作数。例如“ANDA,40H”指令是将存储器EM中40H

单元的数据与累加器A的值做逻辑与运算，结果存入累加器Ao

3.4立即数寻址：参与运算的数据为指令的操作数。例如“SUBA,

#1011"是从累加器A中减去立即数10H,结果存入累加器A。

3.52.2程序清单

;CSRl,#0002

;CSR2,#0023;a*ba,b均为4位BCD码（无符号）

SR深用1/0输入

CSRI,A

SR

CSR2,A

CSR3,#0000;R3存放结果

CSA,R2

YUA,#0001;bO=O,A=O

MJZT1

CSA,RI;b0!=0

QJA,R3

CSR3,A

Tl:

CSA,R2

YUA,#0010;bl==0,A==0

MJZT2

CSA,RI

ZYA;A左移

QJA,R3

CSR3,A

T2:

CSA,R2

YUA,#0100;b2==0,A==0

MJZT3

CSA,RI

ZYA

ZYA

QJA,R3

CSR3,A

T3:

CSA,R2

YUA,#1000;b3=0,A=0

MJZT4

CSA,Ri

ZYA

ZYA

ZYA

QJA,R3

CSR3,A

T4:

CSA,R3

SC

3.62.3指令流程图

CSA,#01H

图1立即数寻址，传送指令，将Olh传送给累加器a

CSRO,#O1H

图2立即数寻址，将Olh传送给rO

QJA,RO

图3寄存器寻址，加法操作，将rO的值与a相加，结果存入a中

CPLA

图5累加器寻址，将a的值取反

SC

图6OUT将累加器的值送到输出端并输出

4调试过程

4.13.1指令系统设计

本指令系统涉及8条指令，分别完毕数据传送，进行加、减和无条件转移，具有累加

落寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方

式。

具体指令设计机器码1机器码机器码注释

如下：23

助记符

-PATCH-OOOOOOxx00-实验机占用，不可

03用

CSR?z#*OOOOOlxx04-#*将立即数送到R?

07中

CSA,R?OOOOlOxx08-将R?的值送到A中

OB

CSR?,AOOlOOlxx24-将A的值送到R?中

27

YUA,#*OOOOllxx0C-#*A与立即数

OF

MJZ*OOOlOOxx10-*标志位为1时跳转

13到*位置

QJA,R?OOOlOlxx14-R?中的值加到A中

17且带进位

ZYAOOOllOxx18-A中的值左移

IB

SCAOOOlllxxIC-将A中的值输出到

IF输出端口

SROOlOOOxx20-从输入端口读取数

23据到A中

4.23.2微程序设计

将窗口切换到“闻微程序”窗口，设计每条指令的微程序。

每个微程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，由于程序复位后，PC和

uPC的值都为0,所以微程序的0地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。取指操

作要做的工作是从程序存储器EM中读出下条将要执行的指令，并将指令的机器码存

入指令寄存器IR和微程序计数熔uPC中，读出下条操作的微指令。

指令焉W房程麻？I

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也

CSR?AT124FFFB*

於

TO25C8E

O

o2fCo1NOY

o4toNOVR0,#01H

o5l4ADDA,RO

o6%4SUBA,RO

^

o7E4CPLA

o8C£O2OUT

oA^oJMP02

oBOoFAICH

oCOo"FAICH"

oDOo"FATCH"

oEOo"FATCH"

oFOo"FATCH"

iOOo"FAICH"

l1Oo"FATCH"

2Oo-

tO"FATCH

l3Oo>ATCH：

l4Oo-HATCH.

l5Oo.FATCH.

l6Oo_FATCH.

l7OoFATCH.

l8Oo-FAICH.

l9Oo.FATCH.

lAOo.FATCH.

(Rnn_FATCH_

str

«,asK1XGIEH程序I

图8取指操作图

图9取立即数并放入累加器A

CSRO,#01H这条指令是把立即数1从存储器EM中取出，放入寄存器R0中。微程序设

计如下(C7FBFF):

rs

E§

0410ADDA,RO-

0534SUBA,RO

06E4CPLAf

07C4OUT1

08AC02JKP02-

0A00_FATCH.

0B00_FATCH_

0C00FATCH

0D00-FATCH"

0E00"FATCH"

OF00"FATCH"

1000