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文檔簡介

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計說明書題目: 設(shè)計指令系統(tǒng) 院 系:計算機科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級: 計算機10-03班 學(xué) 號: 學(xué)生姓名: 胡敬杰 指導(dǎo)教師: 劉向舉 2013年1 月10日 安徽理工大學(xué)課程設(shè)計(論文)任務(wù)書 計算機科學(xué)與工程 學(xué)院 監(jiān)控與嵌入式技術(shù)系 學(xué) 號學(xué)生姓名胡敬杰專業(yè)(班級)計算機10-3班設(shè)計題目設(shè)計指令系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)1.本系統(tǒng)采用DJ-CPTH超強型計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)搭建電路圖,在實驗箱上實現(xiàn)指令系統(tǒng)。2.利用軟件工程中的可行性研究以及分析方法,進行系統(tǒng)分析。設(shè)計要求1在基本模型機的基礎(chǔ)上設(shè)計取數(shù)、存數(shù)、輸入、輸出、與、或、非、加法、減法、移位指

2、令等,用這些指令的助記符不得與指導(dǎo)書上相同。2.指令包括立即數(shù)尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址三種尋址方式。3利用新構(gòu)建的指令系統(tǒng)編程,分別實現(xiàn)求補、同或、異或、乘法、除法、兩存儲單元數(shù)據(jù)交換等功能。工作量1.課程設(shè)計說明書2000字;2.畫出流程圖,編寫微指令代碼和程序。工作計劃1.首先認真研究老師所給的題目,了解題目要求做什么。2.查閱資料,解決難題。3.編寫源程序并調(diào)試之。4.寫課程設(shè)計說明書參考資料1 蔣本珊計算機組成原理(第2版)北京:清華大學(xué)出版社,20112 白中英計算機組成原理(第二版)北京:科學(xué)出版社,20083 DJ-CPTH超強型計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗指導(dǎo)書4

3、沈美明.匯編語言程序設(shè)計 北京:清華大學(xué)出版社指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字2012年 12月17日專心-專注-專業(yè)指導(dǎo)教師評語:成績: 指導(dǎo)教師: 年 月 日安徽理工大學(xué)課程設(shè)計(論文)成績評定表摘要 本次計算機組成原理課程設(shè)計課題是基本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)。利用CPU與簡單模型機來實現(xiàn)計算機組成原理課程設(shè)計,編寫指令的應(yīng)用程序,用微程序控制器實現(xiàn)一系列的指令功能,最終達到將理論與實踐相聯(lián)系。本次設(shè)計完成了相關(guān)指令的格式以及編碼的設(shè)計,實現(xiàn)了機器指令微代碼,完成具有一定功能的程序。在基本模型機的基礎(chǔ)上構(gòu)建一組能實現(xiàn)輸入、輸出、加、減、邏輯與、邏輯或、邏輯非、轉(zhuǎn)移指令等8個功能的指令,這些指令的助記

4、符不得與指導(dǎo)書上相同。指令包括立即數(shù)尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址三種尋址方式。利用新構(gòu)建的指令系統(tǒng)編程,實現(xiàn)交換兩存儲單元數(shù)據(jù)的功能。關(guān)鍵字:指令系統(tǒng),尋址方式,算術(shù)邏輯目錄51系統(tǒng)分析1.1 設(shè)計背景一臺計算機所能執(zhí)行的各種指令集合稱為指令系統(tǒng)或指令集。一臺特定的計算機只能執(zhí)行自己指令系統(tǒng)中的指令。因此,指令系統(tǒng)就是計算機的機器語言。指令系統(tǒng)表征著計算機的基本功能和使用屬性,它是計算機系統(tǒng)設(shè)計中的核心問題。指令系統(tǒng)的設(shè)計主要括指令功能、操作類型的設(shè)計,尋址方式和指令格式的設(shè)計。 計算機的性能與它所設(shè)置的指令系統(tǒng)有很大的關(guān)系,指令系統(tǒng)反映了計算機的主要屬性,而指令系統(tǒng)的設(shè)置又與機器的硬

5、件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令,而指令系統(tǒng)是一臺計算機中所有機器指令的集合。通常性能較好的計算機都設(shè)置有功能齊全、通用性強、指令豐富的指令系統(tǒng),而指令功能的實現(xiàn)需要復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)來支持。 本課程設(shè)計的模型機的指令碼為8位,根據(jù)指令類型的不同,可以有0到2個操作數(shù),指令碼的最低兩位用來選擇R0-R3寄存器。在微程序控制方式下,用指令碼作為微地址來尋址微程序存儲器,找到執(zhí)行該指令的微程序。在本模型機中,一條指令最多分為四個狀態(tài)周期,一個狀態(tài)周期為一個時鐘脈沖,每個狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯,實現(xiàn)模型機的各種功能。模型機有24位控制位以控制寄存器的輸入輸出,選擇運算器的運算功能,存儲

6、器的讀寫。簡言之,這次設(shè)計,計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成,CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個指令周期,全部由微指令組成的序列來完成,即一條機器指令對應(yīng)一條微程序,一條微程序又有若干微指令組成,一條微指令的功能由24位操作信號(即控制位)實現(xiàn)。本設(shè)計是在DJ-CPT816計算機組成原理實驗儀和仿真軟件上進行的24位控制位分別介紹如下:XRD:外部設(shè)備讀信號,當(dāng)給出個外設(shè)的地址后,輸出此信號,從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。EMWR:程序存儲器EM寫信號EMRD:程序存儲器EM讀信號PCOE:將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上EMEN:將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通

7、,有EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫入EM中,還是從EM讀出數(shù)據(jù)到DBUSIREN:將程序存儲器EM獨處的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計數(shù)器uPCEINT:中斷返回時清除中斷響應(yīng)和中斷請求標(biāo)志,便于下次中斷。ELP:PC打入允許,與指令寄存器的IR2.,IR3位結(jié)合,控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN:將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MARMAROE:將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上OUTEN:將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里STEN:將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存到堆棧寄存器里RRD:讀寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定RWR:寫寄存器組

8、R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定CN:決定運算器是否帶進位移位,CN=1帶進位,CN=0不帶進位FEN:將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器X2,X1,X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的哪個寄存器,見表1WEN:將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄存器W中AEN:將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中S2,S1,S0三位組合決定ALU做何種運算,見表2表1 選擇具體的寄存器X2 X1 X0輸出寄存器0 0 0IN_OE 外部輸入門0 0 1IA_OE 中斷向量0 1 0ST_OE 堆棧寄存器0 1 1PC_OE PC寄存器1 0 0D_OE 直通門1 0 1R_OE 右移門1

9、 1 0L_OE 左移門1 1 1沒有輸出表2 ALU運算S2 S1 S0功能0 0 0A+W 加0 0 1A-W 減0 1 0A|W 或0 1 1A & W 與1 0 0A+W+C 帶進位加1 0 1A-W-C 帶進位減1 1 0A A取反1 1 1A 輸出A1.2 設(shè)計目標(biāo)本課程設(shè)計要求實現(xiàn)機器指令:MOV(傳送)、OUTE(輸出)、 AND(邏輯與)、ORE(邏輯或)、ADDE(不帶進位算術(shù)加)、ADDCE(帶進位算術(shù)加)、SUBE(不帶進位算術(shù)減)、JCE、JZE、JMPE(轉(zhuǎn)移指令)。并且要包括立即數(shù)尋址,寄存器直接尋址,存儲器直接尋址三種尋址方式。最后要在設(shè)計的指令系統(tǒng)基礎(chǔ)

10、上,編寫程序?qū)崿F(xiàn)除法功能。2系統(tǒng)設(shè)計2.1 模型機的指令系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求,設(shè)計出的指令要包括傳送、邏輯與、邏輯或、算術(shù)加、減運算、輸入、輸出、轉(zhuǎn)移這八種指令,且要運用立即數(shù)尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址三種尋址方式。由此設(shè)計出新的指令系統(tǒng),如下截圖 圖2.1新的指令系統(tǒng)2.2 模型機的微指令設(shè)計(1)微指令的24位控制位如下:(2) 設(shè)計出的微指令集如下表:助記符 狀態(tài)微地址微程序數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)打入地址輸出運算器uPCPC_FETCH_T000CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入101FFFFFFA輸出102FFFFFFA輸出103FFFFFFA輸出1ADD A,#*T204C

11、7FFEF存儲器值EM寄存器WA輸出11T105FFFE90ALU直通寄存器A,標(biāo)志位C,ZPC輸出加運算1T006CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入107FFFFFFA輸出1SUB A,#*T208C7FFEF存儲器值EM寄存器WPC輸出A輸出11T109FFFE91ALU直通寄存器A 標(biāo)志位C,Z減運算1T00ACBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入10BFFFFFFA輸出1AND R,#*T30CC7FFEFA輸出1T20DFFF7F7指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入1T10EFFFE93A輸出1T00FCBFFFFA輸出1OUTT110FFDF9FALU直通用戶OUTA

12、輸出1T011CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入112FFFFFFA輸出113FFFFFFA輸出1JMP *T114C6FFFF存儲器值EM寄存器PCPC輸出A輸出1寫入T015CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入116FFFFFFA輸出117FFFFFFA輸出1MOV R?,#*T118C7FBFF存儲器值EM寄存器R?PC輸出A輸出11T019CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入11AFFFFFFA輸出11BFFFFFFA輸出1JZ *T11CC6FFFF存儲器值EM寄存器PCPC輸出A輸出1寫入T01DCBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入11FFFFFF

13、FA輸出120FFFFFFA輸出1RR R?T121FFF7F7存儲器值EM寄存器PCPC輸出A輸出1寫入T022FFF9BF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入123CBFFFFA輸出124FFFFFFA輸出1MOV A,#*25C7FFF726CBFFFF27FFFFFF28FFFFFFAND A,#*29C7SUB R1,AFFEF2AFFFE932BCBFFFF2CFFFFFFMOV A,R2DFFF7F72FCBFFFF30FFFFFF31FFFFFFEND32CBFFFF33FFFFFF34FFFFFF35FFFFFF2.3實現(xiàn)除法功能的程序設(shè)計程序設(shè)計思路:先將兩個立即數(shù)存入寄存器r

14、0(被除數(shù))和r1(除數(shù)),然后判斷除數(shù)是否為零,是則輸出結(jié)果為0,結(jié)束程序,否則繼續(xù)第二步,將除數(shù)右移一位,再檢查除數(shù)是否為零,是則輸出結(jié)果r0中的數(shù)結(jié)束,否則進入第三步,將除數(shù)右移然后將被除數(shù)右移,檢查被除數(shù)是否為零,是則輸出0結(jié)束,否則調(diào)到第三步繼續(xù)運行。判斷r1是否為0發(fā)#*>r0#*>r1除數(shù)右移結(jié)束除數(shù)是否為0被除數(shù),除數(shù)右移被除數(shù)是否為0輸出r0源程序截圖如下:3系統(tǒng)實現(xiàn)1.按照系統(tǒng)分析中得到的指令集,在DJ-CPT816實驗軟件中新建指令系統(tǒng),生成.mac文件和.mic文件。2.在DJ-CPT816實驗軟件中新建.asm文件,輸入程序:MOV A,#00H MOV

15、R0,#11H MOV R1,#07H AND R1,#01H JZ S1 ADD A,#01 S1:AND R1,0FH JZ S2 RR R1 AND R1,0FH JZ S3 S5:RR R1 RR R0 AND R0,0FH JZ S2 AND R1,0FH JZ S4 JMP S5 S2:MOV A,#00H JMP E S3:MOV A,R0 JMP E S4:AND A,0FH JZ S6 MOV A,R0 SUB A,#01 JMP E S6:MOV A,R0 E:OUT A END 3. 將程序另存為.asm文件,再匯編成機器碼,調(diào)試窗口會顯示出程序、機器碼、反匯編指令,如圖

16、3.1 圖3.1程序、機器碼、反匯編指令4.實驗結(jié)果:使用DJ-CPTH運行此程序后得出了正確的結(jié)果,故實現(xiàn)了設(shè)計要求。4總結(jié)通過本次課程設(shè)計,我鞏固了所學(xué)的計算機組成原理中有關(guān)指令系統(tǒng)、總線系統(tǒng)等方面的知識,進一步加深了對計算機組成原理實驗儀的使用方法的了解,能夠更加熟練的使用計算機組成原理實驗儀,同時還讓我復(fù)習(xí)并運用了算法設(shè)計與分析和匯編語言的內(nèi)容,此次課程設(shè)計進一步鞏固和提高了自己的基礎(chǔ)知識。通過這次課程設(shè)計,既鍛煉了我的動手能力,又鍛煉了我的動腦能力,使我理論聯(lián)系實際,使所學(xué)的知識不再枯燥無味,將所學(xué)的知識運用到實際,讓我掌握這些知識更牢固。在查找資料的同時也鍛煉了自己的自學(xué)能力,還提高了獲取有用信息的能力。 同時課程設(shè)計過程中與組內(nèi)成員的積極合作培養(yǎng)了自己的團隊意識,讓自己再一次認識到了團隊合作的重要性。此次做課程設(shè)計也為自己積累了必要的經(jīng)驗,做課程設(shè)計或者以后做項目一定在最開始有個大體的設(shè)計思路,按照設(shè)計思路一步步的做,沒有設(shè)計思路盲目做的話,會導(dǎo)致設(shè)計混亂,浪費大量時間。而且在做課程設(shè)計的過程中需要查閱大量資料,積極與組員合作,選擇方法時要嚴謹,如果遇到錯誤要盡快尋求到解決的辦法,以防止影響以后的設(shè)計。 本次課程設(shè)計對我來說是一次很好的實踐機會,鍛煉了自己的動手能力,讓我能

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