计算机组成原理课程设计报告--精简微指令系统的设计及九位计数器的实现.docVIP

计算机组成原理 课程设计报告 课程设计的题目： 精简微指令系统的设计及九位计数器的实现 二级学院： 信息工程学院 2012年 6月 27 日 CPTH计算机组成原理试验仪，可以由用户自己设计指令/微指令系统，根据前面所做的实验，我们小组决定创建了一个有如下功能的指令系统，主要用于实现累加器里的数据从零开始增加，并且每次循环递增一的功能。该指令系统包含指令如下： 指令助记符 指令意义 LD A,#* 把立即数装入到累加器A中 ADD A,#* 累加器A进行加法运算 OUT A 把累加器A中内容输出到端口 GOTO * 无条件跳转 一·创建指令系统 1．打开CPTH组成原理实验软件，选择[文件|新建指令系统/微程序]，清除原来的指令/微程序系统，观察软件下方的“指令系统”窗口，所有指令码都“未使用”。 因为硬件系统需要指令机器码的最低两位做为R0-R3 寄存器寻址用，所以指令机器码要忽略掉这两位。于是我们暂定这四条指令的机器码分别为04H，08H，0CH，10H。 2．选择第二行，即“机器码1”为0000 01XX行，在下方的“助记符”栏填入数据装载功能的指令助记符“LD”，在“操作数1”栏选择“A”，表示第一个操作数为累加器A。在“操作数2”栏选择“#*”，表示第二个操作数为立即数。按“修改”按钮确认。 3．选择第三行，即“机器码1”为0000 10XX行，在下方的“助记符”栏填入加法功能的指令助记符“ADD”，在“操作码1”栏选择“A”，表示第一操作数为累加器A，在“操作数2”栏选择“#*”，表示第二操作数为立即数。按“修改”按钮确认。 4．选择第四行，即“机器码1”为0000 11XX行，在下方的“助记符”栏填入无条件跳转功能的指令助记符“GOTO”，在“操作码1”栏选择“*”，表示跳转地址为*，此指令无第二操作数，无需选择“操作数2”。按“修改”按钮确认。因为硬件设计时，跳转指令的跳转控制需要指令码的第3 位和第2位IR3、IR2来决定，无条件跳转的控制要求IR3必需为1，所以无条件跳转的机器码选择在此行，机器码为000011XX。 5．选择第五行，即“机器码1”为0001 00XX行，在下方的“助记符”栏填入输出数据功能的指令助记符“OUT”，由于此指令隐含指定了将累加器A输出到输出寄存器，所以不用选择“操作码1”和“操作数2”，也可在“操作码1”栏选择“A”,按“修改”按钮确认。现在我们只是输入了四条指令(见下图) 二．根据相关指令的功能来设计相应的微程序。 将窗口切换到“uM微程序”窗口，现在此窗口中所有微指令值都是0FFFFFFH，也就是无任何操作，我们需要在此窗口输入每条指令的微程序来实现该指令的功能。 ⑴每个程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，因为程序复位后，PC 和uPC 的值都为0，所以微程序的0 地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。取指操作要做的工作是从程序存储器EM 中读出下条将要执行的指令，并将指令的机器码存入指令寄存器IR和微程序计数器uPC中，读出下条操作的微指令。根据此功能，观察窗口下方的各控制信号，有“勾”表示信号为高，处于无效状态，去掉“勾”信号为低，为有效状态。要从EM中读数，EMRD 必需有效，去掉信号下面的“勾”使其有效；读EM的地址要从PC输出，所以PCOE要有效，允许PC输出，去掉PCOE下面的“勾”，PCOE有效同时还会使PC加1，准备读EM的下一地址；IREN是将EM读出的指令码存入uPC和IR，所以要去掉IREN的“勾”使其有效。这样，取指操作的微指令就设计好了，取指操作的微指令的值为CBFFFFH。然后把助记符＂_FATCH_＂，状态＂T0＂，微地址＂００＂，微程序＂CBFFFFH＂．．（其余为注释可略），按照上表格式填入，其余类同． ⑵现在我们来看把立即数装入累加器A要做哪些工作，首先要从EM中读出立即数，并送到数据总线DBUS，再从DBUS 上将数据打入累加器A中，按照这个要求，从EM中读数据，EMRD应该有效，EM的地址由PC输出，PCOE必需有效，读出的数据送到DBUS，EMEN也应有效,要求将数据存入A中,AEN也要有效，根据前面描述“LD A，#*”指令有两个状态周期，T1状态将所有有效位下面的“勾”去掉，使其有效，这条微指令的值为C7FFF7H。为了保证程序的连续执行，每条指令的最后必需是取指令，取出下条将要执行的指令。T0状态取指微指令的值为CBFFFFH。（取操作描述可见第⑴ 步）。 ⑶本指令为立即数加法指令，立即数加可分两步，首先从EM中读出立即数，送到DBUS，并存入工作寄存器W 中，从EM中读数，