计算机组成原理课程设计---CPU设计

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1、 计算机组成原理课程设计 -CPU 设计 班级： 学号： 姓名： 同组人姓名： 日期：2012.6.29 - 1 - 目录 一、主机系统总体结构框图2 二、数据通路结构设计图3 三、各部件的详细设计图3 四、指令系统6 五、指令格式和寻址方式7 六、微程序控制部件的设计方法及调试过程7 七、编写的调试程序 11 八 、 与 调 试 程 序 相 对 应 的 是 时 序模 拟 仿 真 的 测 试 结 果 输 出 波11 九、计算机主机指令汇总14 十、个人总结14 - 2 - 一主机系统总体结构框图 - 3 - 二数据通路结构设计图 1.各部件的结构设计 程序计数器、微程序计数器用 74161，指

2、令寄存器、微指令寄存器用 74273 其余器件采用老师封装好 的器件。在各部件设计图中详细介绍 2.各微操作命令（控制信号） 在指令系统部分做详细介绍各信号的功能和实现 三各部件的详细设计图 1.寄存器组 2.存储器 - 4 - 3.运算器 4.暂存器 5.移位寄存器 - 5 - 6.时序发生器 7.程序计数器 - 6 - 8.指令寄存器 9.微程序计数器 10.微指令寄存器 四指令系统 - 7 - 16进制表示 类别 伪指令 操作码 目的操作 数 源操作数 说明 1 传送类 MOV 0001 寄存器 直接 数据传送 2 算数运算类 ADD 0010 寄存器间 接 立即 加法 3 逻辑运算类

3、AND 0011 寄存器 直接 与 7 转移类 JMP 0111 直接 跳转 8 停机类 HLT 1000 无 停机 4 逻辑运算类 SHL 0100 寄存器 逻辑左移 5 逻辑运算类 SHR 0101 寄存器 逻辑右移 6 逻辑运算类 SAR 0110 寄存器 算数右移 9 传送类 XCHD 1001 寄存器 直接 数据交换 五指令格式和寻址方式 1.指令格式 指令为 8 位 2 进制数字组成，其中前四位为操作码，后二位寄存器选择，中间两位无用。 2.寻址方式 我们设计的 cpu 的寻址方式包括寄存器寻址， 直接寻址， 立即寻址， 寄存器间接寻址这四种寻址方式。 六微程序控制部件的设计方法及

4、调试过程 1. 时序系统的设计方法 节拍发生器是产生及其工作所需要的节拍。根据指令执行的需要，节拍发生器不仅要求能够连续产生 一个个节拍，如 T0、T1、T2、T3，而且还具备在任何时刻均可重新置回 T0 节拍，由此重新开始产生 连续的一个个节拍的功能。在一个机器周期的工作未完成时，则需要节拍发生器产生连续不断的节拍；而 在一个机器周期内的工作完成时，则应使节拍发生器重新从 T0 节拍开始连续不断的产生一个新的机器周 期所需要的节拍。 工作脉冲发生器通过把机器加电后产生时钟脉冲信号 CLK 进行分频，从而产生连续不断的工作脉冲 信号。工作脉冲信号是指挥机器工作的节拍发生器和机器周期发生器的基准

5、定时信号。工作脉冲发生器为 极其稳定协调的运行提供相应的工作脉冲信号。当遇到停机指令 HALT 信号时，工作脉冲发生器则停止产 生工作脉冲信号，从而导致节拍发生器和机器周期发生器同时停止工作，最终是极其处于停滞运行的停机 状态。 2.（1）微指令的结构图及微指令中各位的含义 31 0UPC UPC 清零 20 CN 进位 9 CPMAR 地址暂存器 30 0IR 指令寄存器清零 19 RD 存储器读 8 CPMDR 数据暂存器 29 PC1 程序计数器置数 18 WR 存储器写 7 PC-BUS 程序计数器三态 门 28 CPPC 程序计数器使能 17 RE 寄存器读使能 6 SR-BUS 移

6、位寄存器三态 门 27 S3 运算功能 16 WE 寄存器写使能 5 ALU-BUS 运算器三态门 - 8 - 26 S2 运算功能 15 CPC 总线暂存器使能 4 RAM-BUS 存储器三态门 25 S1 运算功能 14 CPIR 指令寄存器使能 3 SC-BUS 总线暂存器三态 门 24 S0 运算功能 13 CPSR 移位寄存器是能 2 WRE 存储器写使能 23 LR1 移位选择 12 CPSC 暂存器使能 1 HALT 停机 22 LR0 移位选择 11 CPSA A 操作数 0 NULL 空 21 M 逻辑/算数 10 CPSB B 操作数 （2）微命令功能说明 功能说明:每一个微指令由 32 个