计算机组成原理课程设计

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　 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（6 16 级 级 4 4 班）

　 学

　号：

　 学生姓名

　指导教师：X X 老师

　8 2018 年 年 6 6 月 月 0 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）

　设计题目 设计指令系统 设 计 技 术 参 数 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图，在实验箱上实现指令系统。

　2.利用软件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析。

　设 计 要 求 1. 在基本模型机的基础上构建一组能实现输入、输出、加、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. 指令包括立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式。

　3. 利用新构建的指令系统编程，分别实现以下程序，每组指定一题完成，且每组题目不可重复。

　1) 将四个二位十进制的 BCD 码转换成二进制数码； 并实现 MOV R?,MM 和 ADD R?,MM 指令。

　2) 将 20 个字节的内存单元清零；并实现 MOV MM,#II 和 SUB R?,A 指令。

　3) 实现十进制的的乘法功能；并实现 CPL R?和 ADD R?,#II 指令。

　4) 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； 并实现 MOV @R?,A 和 SUB R?,#II 指令。

　5) 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 IN MM 指令。

　6) 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 IN R?和 SUBB R?,#II 指令。

　7) 输入一个 16 位的数，对其进行带进位的循环左移； 并实现 MOV MM,R?和 SUBB R?,A 指令。

　说明：MM 表示存储单元，#II 表示立即数，R?表示寄存器 R0,R1,R2,R3。

　工 作 量 1.课程设计说明书 1000 字； 2.画出流程图,编写微指令代码和程序。

　工 作 计 划 1.首先认真研究老师所给的题目，了解题目要求做什么； 2.查阅资料，解决难题； 3.编写源程序并调试之； 4.写课程设计说明书。

　 参 考 资 料 [1] 张昆藏．计算机系统结构．北京：科学出版社 [2] 著平玲娣，潘雪增《计算机组成与设计》浙江大学出版社 [3] 白中英．计算机组成原理(第二版)．北京：科学出版社 [4] DJ-CPTH 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

　2018 年 5 月 28 日

　 安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表

　 姓名：学号班级：

　题目：实现十进制的的乘法功能；并实现 CPL R?和 ADD R?,#II 指令

　 指导教师评语：

　成绩：

　指导教师：

　 年

　月

　日

　摘 要 I

　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。随着计算机的深入发展，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-一个简单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，利用 CPU 与简单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到将理论与实践相结合。本次设计完成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。

　本课程设计是在完成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。利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。指令包括立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式。利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 CPL R?和 ADD R?,#II 指令。并且完成测试验证。

　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

　摘 要 II

　Abstract Now third times the rapid development of the information revolution, the computer is applied to all walks of life in various fields. Along with the development of computer, people gradually entered the stage of life intelligent automation. "Computer composition principle" is the Department of computer science and technology, a wide - Core Courses ", plays a very important role in computer science. This course is designed and implemented through a simple model machine. We have a deeper understanding of the basic components of the computer, the design of the components, the connection between parts, and the application of CPU and simple model machines to realize the principles and programming ideas of the computer composition principles and experiments, and write instructions. The application, with micro controller to achieve a series of instructions - function finally reached the combination of theory and practice. This design has completed the instruction format and encoding design, the realization of the machine instructions to form micro code, with applications to achieve the same or function. The course design is based on the principle of Computer Organization experiment, design instruction system for model computer. Hardware using the computer component experiments principle learned experimental principle and programming ideas, based on the basic model of the construction of a group can achieve input, output, and logic and, left instructions and other functions of the instruction. Instructions include immediate, direct register addressing, directly addressable memory addressing three. The use of programming instruction system of new construction, to achieve the decimal multiplication function; and the realization of CPL R and ADD R?? #II, instruction. Complete the test and verification. Keywords: instruction system design, DJ-CPTH model machine, computer principle, composition of decimal multiplication, addressing mode

　安徽理工大学课程设计（论文）

　-1- 目录

　1 设计需求 ................................................................................................................................................... 1 1.1 设计内容 ................................................................................................................................................. 1 1.2 设计要求 ................................................................................................................................................. 1 2 设计方案 ................................................................................................................................................... 3 2.1 设计思路 ................................................................................................................................................ 3 2.2 2.2 程序清单 .......................................................................................................................................... 5 2.3 2.3 指令流程图 ..................................................................................................................................... 6 3 调试过程 ................................................................................................................................................... 9 3.1 3.1 指令系统设计 ................................................................................................................................. 9 3.2 3.2 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 （1）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； 8) 利用软件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析。

　1.2 设计要求 （1）在基本模型机的基础上构建一组能实现输入、输出、加、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）指令包括立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式； （3）利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 CPL R?和 ADD R?,#II 指令。

　安徽理工大学课程设计（论文）

　-2- 2 2 设计方案

　2.1 设计思路 按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送、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 uPC。

　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。

　MAROE:

　将地址寄存器 MAR 的值送到地址总线 ABUS 上。

　OUTEN:

　将数据总线 DBUS 上数据送到输出端口寄存器 OUT 里。

　STEN:

　 将数据总线 DBUS 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=0 不带进位。

　FEN:

　将标志位存入 ALU 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。

　安徽理工大学课程设计（论文）

　-3- X2:X1:X0:

　 X2、X1、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：

　X2 X1 X0 输出寄存器 0

　0

　0 IN_OE

　 外部输入门 0

　0

　1 IA_OE

　 中断向量 0

　1

　0 ST_OE

　 堆栈寄存器 0

　1

　1 PC_OE

　 PC 寄存器 1

　0

　0 D_OE

　直通门 1

　0

　1 R_OE

　右移门 1

　1

　0 L_OE

　左移门 1

　1

　1 没有输出

　S2：S1：S0:

　S2、S1、S0 三位组合决定 ALU 做何种运算。

　具体如下：

　S2 S1 S0 功能 0

　0

　0 A+W

　加 0

　0

　1 A-W

　减 0

　1

　0 A|W

　或 0

　1

　1 A&W

　 与 1

　0

　0 A+W+C

　 带进位加 1

　0

　1 A-W-C

　带进位减 1

　1

　0 ~A

　 A 取反 1

　1

　1 A

　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“CPL

　A”是将累加器 A 值取反，还有些指令是隐含寻址累加器 A，例如“OUT”是将累加器 A 的值输出到输出端口寄存器 OUT。

　寄存器寻址：参与运算的数据在 R0-R3 的寄存器中，例如 “ADD

　A，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。

　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 R0-R3 中，例如 “MOV

　A，@R1”指令是将寄存...