计算机组成原理课程设计说明书
院 （系）： 计算机科学与工程学院 专 业： 计算机科学与技术 学生姓名： 莫兴伟 学 号： 0900310321 指导教师： 陈智勇
题 目： 设计求负数平方和的CISC模型计算机
1、课程设计的题目和内容：设计一台嵌入式CISC模型计算机（采用定长
CPU周期、联合控制方式），并运行能完成一定功能的机器语言程序进行验证。 要求连续输入5个有符号整数（用8位二进制补码表示，十六进制数输入）求所有负数的平方和并输出显示。 说明：①5个有符号数从外部输入； ②一定要使用符号位（比如说SF），并且要使用负的时候转移（比如 说JS）或不为负的时候转移（比如说JNS）指令。 课程设计完成的内容
1.完成系统的总体设计，画出模型机数据通路框图；
2.设计微程序控制器（CISC模型计算机）的逻辑结构框图； 3.设计机器指令格式和指令系统； 4.设计时序产生器电路；
5.设计所有机器指令的微程序流程图；
6.设计操作控制器单元；
在CISC模型计算机中，设计的内容包括微指令格式（建议采用全水平型微指令）、微指令代码表（根据微程序流程图和微指令格式来设计）和微程序控制器硬件电路（包括地址转移逻辑电路、微地址寄存器、微命令寄存器和控制存储器等。具体电路根据微程序控制器的逻辑结构框图、微指令格式和微指令代码来设计）。
7.设计模型机的所有单元电路，并用VHDL语言（也可使用GDF文件----图形描述文件）对模型机中的各个部件进行编程，并使之成为一个统一的整体，即形成顶层电路或顶层文件；
8.由给出的题目和设计的指令系统编写相应的汇编语言源程序； 9.根据设计的指令格式，将汇编语言源程序手工转换成机器语言源程序，并将其设计到模型机中的ROM中去； 10.使用EDA软件进行功能仿真，要保证其结果满足题目的要求；（其中要利用EDA软件提供的波形编辑器，选择合适的输入输出信号及中间信号进行调试。）
2、系统的总体设计：
整个系统数据通路如下所示：
本模型机中的指令系统中共有9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。
1、 模型机的指令系统和所有指令的指令格式
1）I/O指令
输入指令（IN1）格式：
7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 X X Rd
输入指令（OUT1）格式：
7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 Rs X X
2)转移指令
条件转移指令（JB）和无条件跳转指令（JMP）格式： 7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 X X X X 地址
3）比较指令和相加指令
比较指令（CMP）和相加指令（ADD）的格式：
7 6 5 4 操作码 4)MOV指令
MOV指令格式： 7 6 5 4 操作码
5)乘法指令
乘法指令MUL格式： 7 6 5 4 操作码
6）自减指令
自减1指令（DEC）格式： 7 6 5 4 操作码
助记符号 IN1 Rd 3 2 Rs 1 0 Rd 3 2 X X 立即数 1 0 Rd 3 2 Rs 1 0 Rd 3 2 X X 1 0 Rd 指令格式 1 0 0 0 ×× 1 1 1 1 功 能 Rd ×× Rd Rd Rd Rd 将数据存到Rd寄存器 (Rs)→LED (Rs)+(Rd)→Rd (Rs)-(Rd),锁存CY和ZI (Rd)-1→Rd data→Rd OUT1 Rs ADD Rs,Rd Rs Rs Rs 1 1 0 0 1 0 1 0 CMP Rs,Rd DEC Rd MOV Rd,data 0 1 1 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 MUL Rs Rd 1 1 0 1 ×× Rd
其中，对Rs和Rd的规定：
Rs或Rd 0 0 选定的寄存器 R0 0 1 1 0 R1 R2
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：
7 符号位 6 5 4 3 2 1 0 尾数
T1、T2、T3、T4与CLR、Q之间的关系图
CLR
Q
T1
T2
T3
T4
一个CPU周期
现在,我们开始微程序控制器的设计,它包括以下几部分工作:
(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。
首先做第一步,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.对于我设计的模型机，对应的指令流程图如下所示：
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