计算机组成原理课程设计---设计指令系统

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1、 课 程 设 计 说 明 书课 程 设 计 说 明 书 题目: 设计指令系统 2013 年 1 月 10 日 安徽理工大学课程设计（论文）任务书 学 号 学生姓名 专业（班级） 计算机 10-3 班 设计题目 设计指令系统 设 计 技 术 参 数 1.本系统采用 DJ-CPTH 超强型计算机组成原理教学实验系统搭建电路图， 在 实验箱上实现指令系统。 2.利用软件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析。 设 计 要 求 1 在基本模型机的基础上设计取数、存数、输入、输出、与、或、非、加法、 减法、移位指令等,用这些指令的助记符不得与指导书上相同。 2.指令包括立即数寻址、寄存器直接寻址、

2、存储器直接寻址三种寻址方 式。 3利用新构建的指令系统编程，分别实现求补、同或、异或、乘法、除 法、两存储单元数据交换等功能。 工 作 量 1.课程设计说明书 2000 字； 2.画出流程图,编写微指令代码和程序。 工 作 计 划 1.首先认真研究老师所给的题目，了解题目要求做什么。 2.查阅资料，解决难题。 3.编写源程序并调试之。 4.写课程设计说明书 参 考 资 料 1 蒋本珊计算机组成原理(第 2 版)北京：清华大学出版社，2011 2 白中英计算机组成原理(第二版)北京：科学出版社，2008 3 DJ-CPTH 超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书 4 沈美明.汇编语言程序设计

3、北京：清华大学出版社 指导教师签字 教研室主任签字 20122012 年年 1212 月月 1717 日日 1 摘要摘要 本次计算机组成原理课程设计课题是基本模型机的设计与实现。 利用 CPU 与简单模 型机来实现计算机组成原理课程设计，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现一系 列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。本次设计完成了相关指令的格式以及编 码的设计，实现了机器指令微代码，完成具有一定功能的程序。 在基本模型机的基础上构建一组能实现输入、输出、加、减、逻辑与、逻辑或、逻 辑非、转移指令等 8 个功能的指令,这些指令的助记符不得与指导书上相同。指令包括 立即数寻址、寄存器直接寻址

4、、存储器直接寻址三种寻址方式。利用新构建的指令系统 编程，实现交换两存储单元数据的功能。 关键字关键字：指令系统，寻址方式，算术逻辑 2 目录目录 摘要 .1 目录 .2 1 系统分析 3 1.1 设计背景 .3 1.2 设计目标 .5 2 系统设计 6 2.1 模型机的指令系统设计 6 2.2 模型机的微指令设计 7 2.3 实现除法功能的程序设计 .10 3 系统实现 .12 4 总结 .15 5 参考文献 .16 3 1 系统分析 1.1 设计背景 一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。 一台特定的计算机只 能执行自己指令系统中的指令。因此，指令系统就是计算机的机器语言。

5、指令系统表征 着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。指令系统的设计 主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。 计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系， 指令系统反映了计算机的主要 属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。指令是计算机执行某种操作的 命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。通常性能较好的计算机都设置 有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构 来支持。 本课程设计的模型机的指令码为 8 位，根据指令类型的不同，可以有 0 到 2 个操作 数，指令码的最低两位用来选择 R0-R3

6、寄存器。在微程序控制方式下，用指令码作为微 地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。在本模型机中，一条指令最多分 为四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑， 实现模型机的各种功能。模型机有 24 位控制位以控制寄存器的输入输出，选择运算器 的运算功能，存储器的读写。 简言之，这次设计，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存 中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完 成，即一条机器指令对应一条微程序，一条微程序又有若干微指令组成，一条微指令的 功能由 24 位操作信号（即控制位）实现。 本设计是在 DJ-CPT816 计算机组成原理实验仪和仿真软件上进行的 24 位控制位分别介绍如下： XRD：外部设备读信号，当给出个外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。 EMWR：程序存储器 EM 写信号 EMRD：程序存储器 EM 读信号 PCOE：将程序计数器 PC 的值送到地址总线 ABUS 上 EMEN：将程序存储器 EM