1、 计算机组成原理课程设计说明书 题 目： 设计求负数平方和的CISC模型计算机 院 （系） ： 计算机科学与工程学院 专 业： 计算机科学与技术 目目 录录 1 课程设计的题目与内容 . 1 1.1 题目. 1 1.2 内容. 1 2 系统总体设计 2 2.1 CISC 模型机数据通路框图的设计 2 2.2 操作控制器的逻辑框图的设计. 2 2.3 模型机的指令系统和所有指令的指令格式的设计. 3 2.4 时序产生电路的设计. 6 2.5 机器指令的微程序流程图以及微指令的设计. 7 2.6 地址转移逻辑电路的设计. 9 2.7 软件清单. 9 2.8 嵌入式 CISC 模型计算机的顶层电路图
2、. 28 3 汇编语言源程序 . 29 4 机器语言源程序 . 30 5 机器语言源程序的功能仿真波形图及结果分析 31 6 故障现象和故障分析 . 33 7 心得体会 34 桂林电子科技大学计算机组成原理课程设计说明书 第 1 页 1 课程设计的题目与内容 1.1 题目 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，机器语言源程序功能如下： 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： 5 个有符号数从外部输入； 一定要使用符号位 （比如说 S
3、F） ， 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； 采用三数据总线结构的运算器，采用 RAM，先将输入数据依次存放在 RAM 的某一连续的存储区域内， 再依次读出判断是否为负数， 若为负数再求其平方和。 1.2 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
4、） 、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
5、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。 ） （11） 器件编程，并在 EDA 实验平台上进行操作演示。 桂林电子科技大学计算机组成原理课程设计说明书 第 2 页 2 系统总体设计 2.1 CISC 模型机数据通路框图的设计 2.2 操作控制器的逻辑框图的设计 桂林电子科技大学计算机组成原理课程设计说明书 第 3 页 2.3 模型机的指令系统和所有指令的指令格式的设计 1) I/O 指令指令 输入指令（IN1）格式： 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
6、0 操作码 Rd 输出指令（OUT1）格式： 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 Rs 2) 转移转移指令指令 非零条件转移指令（JNZ）格式： 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 地址 addr 非负条件转移指令（JNS）格式： 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 地址 addr 无条件转移指令（JMP）格式： 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 地址 addr 3) MOV 指令指令 MOV 指令格式： 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 操作码 Rd 立即数 im 4) 相加相加指令指令 相加指令（ADD）格式： 15 14 13 12 1
