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计算机组成原理

课程设计报告

题目：设计一台嵌入式CISC模型机

院系:计算机科学与工程学院

专业：网络工程

姓名：麦健豪

学号：1100３８0215

一、课程设计得题目与内容

采用定长CPU周期、联合控制方式,并运行能完成一定功能得机器语言源程序进行验证,机器语言源程序功能如下:

输入５个有符号整数（8位二进制补码表示),求最大负数得绝对值并输出显示。

说明:

①５个有符号数从外部输入;

②一定要使用符号标志位（比如说SＦ）,并且要使用为负得时候转移（比如JS)或不为负得时候转移（比如ＪNＳ）指令；

③采用单数据总线结构得运算器。

二、系统设计

２、1系统得总体设计

2、2设计控制器得逻辑结构框图

说明：

在Ｔ4内形成微指令得微地址,并访问控制存储器，在Ｔ2得上边沿到来时，将读出得微指令打入微指令寄存器,即图中得微命令寄存器与微地址寄存器。

２、3设计机器指令与指令系统

指令

对象

功能

机器指令

Ｍov１

ＸＸ,RＤ

DＡTＡ

DATA-〉RＤ

０011

ＴＥSＴ

XX,RD

ＡC锁存ＦＳ

0100

ＪＮS

XXXX

ADDR

AＤDR—＞PC

０101

ＩNC

XX,RD

RD+１-＞ＲD

0１１0

IN

ＸX,ＲD

ＳW—＞RD

0111

CMP

RＳ,RD

RS－RＤ锁存ＦS

１00１

ＭOＶ２

RＳ,ＲD

RS-RD

１０10

JMP

XＸＸＸ

ADDR

ADDR-＞ＰC

１0１1

ＮEＧ

XX，RD

(0—ＲD）-＞RD

110０

OUＴ

RS，XＸ

RS—LED

110１

以下就是对Rｓ，Rｄ得规定:

Rｓ或Rｄ

选定得寄存器

00

Ｒ0

０1

Ｒ1

10

R2

模型机规定数据得表示采用定点整数补码表示，单字长为8位，其格式如下：

7

6543210

符号位

尾数

２、4设计时序产生器

２、5设计微程序流程图

2、６设计操作控制器单元

(1）设计微指令格式与微指令代码表

CIＳＣ模型机系统使用得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：

设计得具体指令为：

1６进制

微地址

ＬOAD

ＬDPC

LＤAR

LDIR

LDＲi

RD_B

RＢ_B

Ｓ１

S０

AＬU＿B

LDAＣ

LDＤR

WＲ

CS

SW_B

ＬED＿B

LDFR

P1

P2

后继微地址

０10

０00

110

1１1

000

０10

000

101

０A

0

０B

０

0C

１

０D

0

0E

0

0F

0

12

0

11０

１6

0

000

19

0

3

00

2

00

设计地址转移逻辑电路

地址转移逻辑电路就是根据微程序流程图得棱形框部分及多个分支微地址，利用微地址寄存器得异步置‘1端，实现微地址得多路转移得。由于就是采用逻辑电路来实现得,故称之为地址转移逻辑电路。在微地址流程图中,P（1)(高电平有效)测试时，根据指令得操作I7～I4强制修改后继地址得低四位;在Ｐ(２)(高电平有效）时,根据借位标志FＳ进行２路分支，并且都在Ｔ4内形成后继微指令得微地址。

SE５=（（ＮOTFＳ）AＮDP（2)ANDT4

SE4=(I７AＮDP(2)ＡNDT４

ＳＥ3=(Ｉ６ANDP(2）ANＤＴ４

SＥ2=（I5ＡNＤP(2)ANDＴ４

SE1=(I４ANＤP(2）ＡＮDT４

2、7设计单元顶层电路

２、８编写汇编语言源程序

算法：Ｒ0存入一个整数－4，作为五次输入循环使用；R1用于存储输入得整数;R3用于存入最后得结果，并预存一个最小负数-１2８、随后如下

Mov1R0，—5

将立即数－4－〉R０

MＯV１R2,—128

将立即数—１2８－〉R2

L１

TEＳTR０

测试R0，锁存ＳF

JNSL2

非负,即ＳＦ=0，跳转L2

INCＲ0

Ｒ0＋１

IＮＲ1

输入一个整数,并存入R1

TESＴＲ1

测试R1

JＮSＬ1

非负则跳转L1

ＣMPＲ2，Ｒ１

比较Ｒ２,R1得大小,锁存SF

JＮSL1

非负则跳转L1

MＯV2R１,R2

将R１得内容存入R２

JMPL1

跳转L1

L2

NEGR2

对R2求补

OUTR２

输出结果

2、9机器语言源程序

指令

地址

地址16进制

机器指令

十六进制

备注

Mov1R0，-5

00

３0

01

ＦB

MOV1R２，－128

0２

３2

03

FF

L１

ＴＥSＴＲ0

0４

40

ＪNSL2

05

5０

06

１1

INCＲ0

０７

60

INR1

08

71

TESＴR1

09

４１

JＮSＬ1

０A

５0

0Ｂ

04

CMＰＲ2,Ｒ1

0C

99

ＪＮSL1

0Ｄ

５０

0E

0４

MOV2