计算机组成原理（十二条指令）

计算机学院计算机科学与技术专业

《计算机组成原理课程设计》报告

（2008/2009学年 第一学期）

学生姓名： 闫全胜 学生班级： 计算机062202H 学生学号： 200620030227 指导教师： 康葆荣

2009年1月3日

计算机组成原理课程设计

目录

1 关于此次课程设计 ...................................................................................................................... 2

1.1 设计的目的：................................................................................................................... 2 1.2 设计内容及要求： ........................................................................................................... 2 2 分析阶段 ...................................................................................................................................... 3

2.1指令译码电路分析 ............................................................................................................ 3 2.2 寄存器译码电路分析 ....................................................................................................... 4 2.3 微指令格式分析............................................................................................................... 5 2.4 时序分析 .......................................................................................................................... 6 3 初步设计阶段 .............................................................................................................................. 7

3.1 数据格式 .......................................................................................................................... 7 3.2指令描述 ........................................................................................................................... 7 3.3 存储器分区 ...................................................................................................................... 9 3.4 控制台微程序流程： ..................................................................................................... 10 3.5 运行微程序 .................................................................................................................... 11 4 详细设计阶段 ............................................................................................................................ 12

4.1控制台流程分解.............................................................................................................. 12 4.2 运行微程序子流程 ......................................................................................................... 15 4.3 微程序总流程图............................................................................................................. 24 5 实现阶段 .................................................................................................................................... 25

5.1 所用模型机数据通路的介绍 ......................................................................................... 25 5.2 微程序代码设计与编写 ................................................................................................. 26 微程序二进制代码表 .................................................................................................................... 26

5.3 机器指令的输入及运行 ................................................................................................. 28 心得体会 ........................................................................................................................................ 30 参考资料 ........................................................................................................................................ 31

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计算机组成原理课程设计

1 关于此次课程设计

1.1 设计的目的：

本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。 1.2 设计内容及要求：

基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。

设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：

1、指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）； 2、数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）； 3、存储器划分（指令，数据）；

4、寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）； 5、指令格式（单字节，双字节，多字节）；

6、指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）；

7、依据CPI值对指令系统进行性能分析。

要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。

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计算机组成原理课程设计

2 分析阶段

2.1指令译码电路分析 指令译码工作原理图：

SE5 SE4 SE3 SE2 SE1FZFCT4P(1)P(2)P(3)SW-ASW-BP(4)I7 I6 I5 I4 I3 I2

图2.1指令译码工作原理图

根据上图得出指令译码器的逻辑表达式如下。

其中P(1) ～P(4)为低电平有效，当选用时该信号为零；I7 ～I2表示机器指令前六位；SE5 ～SE1为微控制器但愿位地址锁存器的强制端输出；SWA SWB均为1(启动程序时)。

此设计中设定为P（1）有效，P（2） P（3）均无效，FC FZ T4无需考虑。 由算出的SE5 ～SE1可知操作码对应的入口微地址。

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计算机组成原理课程设计

2.2 寄存器译码电路分析

寄存器译码原理图如下：

LDB0译码器I1I0S1S2ENBD1D4LDR1LDRi译码器S1S2ENBD1D4LDR2R0-BRD-B译码器I3I2S1S2ENBD1D4R1-BRS-BR2-BRI-B

图2.2 寄存器译码原理图

寄存器的输入、输出不仅决定于输入、输出开关，还与机器指令的后四位(即I3～I0)有关，由其决定哪个寄存器被选中。 2.2.1 寄存器的输入

LDR0 LDR1 LDR2 LDRi 0 0 0 I1 0 0 1 I0 0 1 0

LDRi为寄存器的输入开关，且为低电平有效(即LDRi=0)，I1、I0对寄存器进行选择，决定数据进入哪个寄存器。 2.2.2 寄存器的输出

RS-B RD-B RI-B 1 1 1 1 1 1 1 0 I3 0 0 1 × I2 0 1 0 ×

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R0-B 0 R1-B 0 R2-B 0 1