计算机组成原理专业课程设计桂林电子科技大学.doc
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1、 计算机组成原理课程设计说明书题 目: 设计一台嵌入式CISC模型计算机 院 (系): 计算机科学和工程学院 专 业: 网络工程 学生姓名: 唐波 学 号: 指导老师: 陈智勇 一、课设题目:设计一台嵌入式CISC模型计算机(采取定长CPU周期、联合控制方法),并运行能完成一定功效机器语言程序进行验证,实现方法可从以下4类中任选一个: 连续输入5个有符号整数(8位二进制补码表示,用十六进制数输入),求最小负数绝对值并输出显示。 说明:5个有符号数从外部输入; 一定要使用符号标志位(比如说SF),而且要使用为负时候转移(比如JS)或不为负时候转移(比如JNS)指令。二CISC模型机系统总体设计三
2、操作控制器逻辑框图指令寄存器IR操作码微地址寄存器地址译码控制存放器地址转移逻辑状态条件微命令寄存器P字段操作控制字段微命令信号说明:在T4内形成微指令微地址,并访问控制存放器,在T2上边缘到来时,将读出微指令打入微指令寄存器,即图中微命令寄存器和微地址寄存器。四模型机指令系统和全部指令指令格式由此可见,本模型机中指令系统中共有8条基础指令,下表9列出了每条指令格式、汇编符号和指令功效。指令助记符指令格式功效15-1211 109 87-0IN1 Rd0101Rd(Rd)+1Rd,锁存标志位MOV Rd,im0001Rdim立即数RdCMP Rs,Rd0011RsRdRs,Rd比较,INC R
3、d0010Rd输入设备RdJNS addr0100addr若大于,则addrPCJMP addr0110addraddrPCOUT1 Rs1001Rs(Rs)输出设备MOV1 Rs,Rd1000RsRd(Rs)RdNOT Rd0111RdData取反指令格式:(1)I/O指令(单字节)I说明:对Rs和Rd要求:Rs或Rd选定寄存器0 0R00 1R11 0R2 1 1R3 五全部机器指令微程序步骤图00PCABUS(I)RD ROMIBUSIRPC+100P(1)MOV1OUT1IN1MOVNOTJMPJNSCMPINC030209080107O60504RsX-XRs锁存CF,ZFRsXRd
4、Y锁存CF,ZFRdYY+1Rd锁存CF,ZFIR(I)RdRsLEDRsXXRdIR(A)PCSWRd200000P(2)00000000000000 CF=1ZF=1CF=0ZF=010ROMBUSBUSPC0000设计操作控制器单元(即微程序控制器) (1)设计微指令格式和微指令代码表CISC模型机系统使用微指令采取全水平型微指令,字长为25位,其中微命令字段为17位,P字段为2位,后继微地址为6位,其格式以下: 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0LOAD LDPC LDAR LDIR L
5、DRi RD_B RS_B S2 S1 S0 ALU_B SW_B LED_B RD_D CS_D RAM_B CS_I ADDR_B P1 P2 后继微地址由微指令格式和微程序步骤图编写微指令代码表以下所表示,在微指令代码表中微命令字段从左边到右代表微命令信号依次为:LOAD LDPC LDAR LDIR LDRi RD_B RS_B S2 S1 S0 ALU_B SW_B LED_B RD_D CS_D RAM_B CS_I ADDR_B微地址微命令字段P1P2后继微地址001101001000111111011000001001100010100011111110000000000210
6、00111010011111110000000103100001100111111111000000000410000010001101111101000011051000101000101111110000010006010000100011111110001000000710001111000111111100000000081000101101011111110001001009100000000011011111000101001001000010001111111000000000 (2)设计地址转移逻辑电路地址转移逻辑电路是依据微程序步骤图3-2中棱形框部分及多个分支微地址,利用微
7、地址寄存器异步置“1”端,实现微地址多路转移。因为微地址寄存器中触发器异步置“1”端低电平有效,和A4A0对应异步置“1”控制信号SE5SE1逻辑表示式为:(A5异步置“1”端SE6实际未使用)SE5= FSP(2)T4SE4=I7P(1)T4SE3=I6P(1)T4SE2=I5P(1)T4SE1=I4P(1)T4六嵌入式CISC模型计算机顶层电路图CROM:AA;七汇编代码:MOV R0,00H 功效:将0赋给R0MOV R1,FFH 将FF赋给R1MOV R2,05H 将05赋给R2L0:INC R0 计数加1 CMP R0,R2 R0和R2比较,是否输入五个数JNS L3 是跳转L2输出
8、 IN1 R3 输入一个数到R3CMP R3,R1 R3和R1比较,锁存CF,ZFJNS L2 跳转L2输出JMP L1 跳转L1L1:MOV1 R1,R3 (R3)(R1)JMP L0 跳转L0L2: NOT R1 R1取反INC R1 R1加1OUT1 R1 输出R1 八机器语言源程序地址(十六进制)汇编语言源程序 机器语言源程序 代码00 MOV R0,00H 0001 0000 0000 0000 100001 MOV R1,FFH 0001 0001 1111 1111 11FF02 MOV R2,05H 0001 0010 0000 0101 102503 L0:INC R0 00
9、10 0000 0000 0000 04 CMP R0,R2 0011 1000 0000 0000 3800 05 JNS L3 0100 0000 0000 1100400C 06 IN1 R3 0101 0011 0000 0000 5300 07 CMP R3,R1 0011 1101 0000 0000 3D00 08 JNS L2 0100 0000 0000 1010400A09 JMP L1 0110 0000 0000 0011 60030A L1:MOV1 R1,R3 1000 1101 0000 0000 8D000B JMP L0 0110 0000 0000 0011
10、 60030C L2: NOT R1 0111 0001 0000 0000 71000D INC R1 0010 0001 0000 0000 21000E OUT1 R1 1001 0100 0000 0000 9400九机器语言源程序功效仿真波形图及结果分析1.MOV R0,00H 2.MOV R1,FFH 3.MOV R2,05H 4.CMP R2,R0 5.IN1 R3(F4存到R3)6MOV1 R3,R1(F4存入R1) 7.IN1 R3(02存到R3) 802是大于F4正数,不跳到L1存R1,直接跳回L0。9.IN1 R3(F1存到R3)。10F1是小于于F4负数,跳到L1,MO
11、V1 R3,R1(F1存入R1)11FNOT R1, INC R1(F1取反加1存入R1)。 12。OUT1 R1(输出R1,最终止果是0F)十故障现象和故障分析故障一:在进行仿真时候,当输入一个正数存进R3以后,实施CMP R3,R1以后,没有实施JNS L0,而是错将正数也存入R1。查看以后发觉是ALU里“CMP”运算代码有问题。故障二:计数(R0)一直加,到5时不会跳转输出,检验机器指令发觉JNS L2地址写成了06故障三:,输出结果时,取反全部变成FB,检验很久以后发觉原本应该对AC里数取反,结果弄成了DR.故障N:汇编程序犯错、连线错误、微指令错误、修改器件没有重新编译等。十一.心得
12、体会刚开始去上老师课时,听得一头雾水,因为发觉好多地方自己同不懂。然后我就去看书本,同时问老师部分问题,当看到其它同学也问老师问题时,自己也跑过去凑热闹,因为这么能够了解更多知识。直到以后才发觉,原来除了设计自己指令外,我们需要写MCOMMAND,写CONTROM来解析我们写指令,这或许能够算得上一个极简单CPU模型了吧。就是有了微程序控制器,计算机才认识我们自己设计指令,才知道当读取到什么指令时该实施什么操作。听得多了,看得多了,就逐步明白了部分课设相关知识,然后画指令步骤图,设计指令,写程序完成任务,这些几乎全部是水到渠成工作了,很多全部能够依葫芦画瓢来完成。此次课设,因为汇编学很差,期汇
13、编代码是和班级同学相同,不过自己重新设计了指令周期步骤图,经过调试得出结果其实只要把最基础原理搞明白了,后续工作开展是很快。但在没明白原理前,千万不要畏惧困难,慢慢一点一点学习,尤其是仿真软件学习和使用,需要花费相当初间。只要认真了,就有可能实现。十二.软件清单AA里MMM:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY MMM IS PORT( SE:IN STD_LOGIC; CLK:IN STD_LOGIC; D:IN STD_LOGIC; CLR:IN STD_LOGIC; UA:OUT STD_LOGIC );END MMM;ARCHI
14、TECTURE A OF MMM ISBEGIN PROCESS(CLR,SE,CLK) BEGIN IF(CLR=0) THEN UA=0; ELSIF(SE=0)THEN UA=1; ELSIF(CLKEVENT AND CLK=1) THEN UA=D; END IF; END PROCESS;END A;CROM:ADDRLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY ADDR IS PORT( I15,I14,I13,I12:IN STD_LOGIC; ZF,CF,T4,P1,P2:IN STD_LOGIC; SE5,SE4,SE3,S
15、E2,SE1,SE0:OUT STD_LOGIC);END ADDR;ARCHITECTURE A OF ADDR ISBEGIN SE5=1; -预留给JB或JAE指令使用 SE4=NOT(NOT ZF AND CF)AND P2 AND T4); SE3=NOT(I15 AND P1 AND T4); SE2=NOT(I14 AND P1 AND T4); SE1=NOT(I13 AND P1 AND T4); SE0=NOT(I12 AND P1 AND T4);END A;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY F1 IS POR
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