计算机组成系统实验
课程设计报告
题 目 嵌入式CISC模型计算机设计（B类） 院 （系）： 研究生学院 专 业： 计算机应用技术 学生姓名： 周 洁 学 号： 102031129 指导教师： 陈智勇 职 称： 副教授
2011年05月22日
目 录
1.1 实验题目 .............................................................. 1
1.1.1 实验的题目 ..................................................................................................................... 1 1.2 实验的具体步骤 ......................................................... 1
1.2.1 CISC模型机数据通路框图 ............................................................................................ 1 1.2.2 操作控制器的逻辑结构框图 ....................................................................................... 1 1.2.3机器指令格式和指令系统 .............................................................................................. 1 1.2.4时序产生器电路 .............................................................................................................. 2 1.2.5微程序流程图 .................................................................................................................. 2 1.2.6操作控制器单元（即微程序控制器） .......................................................................... 3 1.2.7嵌入式CISC模型计算机的顶层电路图 ....................................................................... 4 1.2.8汇编语言源程序 .............................................................................................................. 5 1.2.9 机器语言源程序 ............................................................................................................. 5 1.2.10机器语言源程序的功能仿真波形图及结果分析 ........................................................ 6 1.2.11故障现象和故障分析 .................................................................................................... 6 1.2.12 心得体会 ....................................................................................................................... 6 1.2.13 软件清单 ....................................................................................................................... 6
1.1 实验题目
1.1.1 实验的题目
设计一台嵌入式CISC模型计算机（采用定长CPU周期），并运行能完成一定功能的机器语言程序进行验证，程序功能为：输入包含10个整数（8位二进制补码表示）的数组M（不采用RAM），输出最小负数。(要求采用p3测试)
1.2 实验的具体步骤
1.2.1 CISC模型机数据通路框图
说明：范例中设计时，外部时钟信号上边沿有效。
1.2.2 操作控制器的逻辑结构框图
说明：在T4内形成微指令的微地址，并访问控制存储器，在T2的上边沿到来时，将读出的微指令打入微指令寄存器，即图中的微命令寄存器和微地址寄存器。
1.2.3机器指令格式和指令系统
由此可见，本模型机中的指令系统中共有8条基本指令，下表列出了每条指令的格式、汇编符号和指令功能。
助记符号 IN1 Rd 指令格式 1 0 0 0 ×× 1 1 1 1 功 能 Rd ×× Rd Rd Rd 将数据存到Rd寄存器 (Rs)→LED (Rs)-(Rd),锁存CY和ZI,SF (Rd)+1→Rd data→Rd OUT1 Rs CMP Rs,Rd Rs Rs 1 0 1 0 INC Rd MOV Rd,data 1 1 0 1 ×× 1 0 0 1 ×× data JMP addr 1 1 1 0 ×××× addr addr→PC JB addr 1 0 1 1 ×××× addr 若小于，则addr→PC Mov1 Rs,Rd 说明：①对Rs和Rd的规定： 1 1 0 0 Rs Rd (Rs)→Rd Rs或Rd 0 0 0 1 1 0 1 1 7 符号位 选定的寄存器 R0 R1 R2 R3 ②模型机规定数据的表示采用定点整数补码表示，单字长为8位，其格式如下：
6 5 4 3 2 1 0 尾数 1.2.4时序产生器电路
T1、T2、T3、T4与CLR、Q之间的关系图如下图所示：
CLR Q T1 T2 T3 T4
一个CPU周期 图一
1.2.5微程序流程图
微程序控制器的设计过程为：
（1）根据指令格式和指令系统设计所有机器指令的微程序流程图，并确定每条微指令的微地址和后继微地址；
（2）设计微指令格式和微指令代码表； （3）设计地址转移逻辑电路；
（4）设计微程序控制器中的其它逻辑单元电路，包括微地址寄存器、微命令寄存器和控制存储器； （5）设计微程序控制器的顶层电路（由多个模块组成）。
00 PC→AR PC+1 02 RD M BUS→IR 08 P(1) IN1 08 SW→BUS BUS→Rd PC→AR PC+1 03 00 ROM→BUS BUS→Rd MOV1 09 CMP 0A Rs→BUS BUS→AC 04 Rd→BUS BUS→DR 05 00 AC-DR 锁存FC和FZ FS=1 00 15 ROM→BUS BUS→PC 30 FS=0 P(3) JB 0B PC→AR PC+1 15 MOV2 00 OC 0D Rd→BUS BUS→AC 12 AC+1→BUS BUS→Rd 07 00 00 0E PC→AR PC+1 13 ROM→BUS BUS→PC 00 0F Rs→LED INC JMP OUT1 Rs→BUS BUS→RD 06 00 00 图二 CISC模型机中所有机器指令的微程序流程图
1.2.6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模型机系统使用的微指令采用全水平型微指令，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，其格式如下：
24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
LOAD LDPC LDAR LDIR LDRi RD_B RS_B S1 S0 ALU_B LDAC LDDR WR CS SW_B LED_B LDFR P1 P2 后继微地址
由微指令格式和微程序流程图编写的微指令代码表如下所示，在微指令的代码表中微命令字段从左边到右代表的微命令信号依次为：LOAD、LDPC、LDAR、LDIR、LDRi、RD_B、RS_B、S1、S0、ALU_B、LDAC、LDDR、WR、CS、SW_B、LED_B、LDFR。
微地址 微命令字段 P1 P2 0 1 0 0 0 0 P3 0 0 0 后继微地址 000010 001000 000000 000000 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 000010 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 000011 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0
桂林电子科技大学系统实验报告 - 图文
