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组成原理课程设计报告双总线结构的16位单字长指令设计.docx

文档编号：27042476
上传时间：2023-06-26
格式：DOCX
页数：14
大小：263.45KB

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组成原理课程设计报告双总线结构的16位单字长指令设计.docx

组成原理课程设计报告双总线结构的16位单字长指令设计

实验设计报告

课程名称：

计算机组成原理

课题名称：

CPU设计

专业：

计算机科学与技术

班级：

计科1204

学号：

姓名：

完成日期：

2015年1月9日

一、设计目的：

综合运用所学知识，设计并实现较为完整的计算机指令系统。

二、设计步骤：

1、设计指令功能

2、画数据通路图

3、微程序流程图

4、指令系统格式

5、地址转移逻辑

<2.1>数据格式：

数据采用定点补码表示，字长16位，表示范围：

-1<=X<=1

符号

尾数

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

<2.2>．指令功能：

指令助记符

指令格式

功能

15~12

11~10

9~8

7~0

MOVRd,,im

0001

××

Rd

im

将立即数im→Rd

CLRRd

0010

××

Rd

0

清零指令，将0→Rd

ADDRs,Rd

0011

Rs

Rd

××××××××

加法指令，将（Rs）+（Rd）→Rd

SUBRs,Rd

0100

Rs

Rd

××××××××

减法指令，将（Rs）-（Rd）→Rd

INCRd

0101

××

Rd

××××××××

加1指令，将（Rd）+1→Rd

DECRd

0110

××

Rd

××××××××

减1指令，将（Rd）-1→Rd

MULRs,Rd

0111

Rs

Rd

××××××××

乘法指令，将（Rs）*（Rd）→Rd

ANDRs,Rd

1000

Rs

Rd

××××××××

与指令，将（Rs）∧（Rd）->Rd

ORRs,Rd

1001

Rs

Rd

××××××××

或指令，将（Rs）∨（Rd）->Rd

NOTRd

1010

××

Rd

××××××××

求反指令，将（Rd）⊕1->Rd

STORs，addr

1011

Rs

××

addr

存数指令，将（Rs）→addr

LADRs,addr

1100

××

Rd

addr

取数指令，将（addr）->Rs

JMPaddr

1101

××

addr

无条件转移，将addr→PC

JNZaddr

1110

××

addr

条件转移指令，若不等，则addr->Rd

INaddr,Rd

1111

××

Rd

addr

输入指令，（addr）->Rd

OUTaddr,Rd

10000

××

Rd

addr

输出指令，Rd→（addr）

HALT

10001

00

××××××××

停机指令，Stop

信号说明：

ALU功能表

运算

S2

S1

S0

ADD

0

SUB

0

1

INC

0

1

0

DEC

0

1

MUL

1

0

AND

1

0

1

OR

1

0

NOT

1

<2>.数据通路图:

<3>.微程序流程图:

微地址寄存器6位（uA0~uA5）:

（1）当进行p1测试时，用IR0~IR4修改uA0~uA4（OP字段），最多可以形成32路分支（注：

本题只需17条分支，从0001~10000）。

uA0=p1*IR0*T4

uA1=p1*IR1*T4

uA2=p1*IR2*T4

uA3=p1*IR3*T4

uA4=p1*IR4*T4

（2）当进行p2测试时，用IR5修改ZF字段，实现两路分支。

uA5=p2*IR5*T4*

（p2测试条件，即ZF零标志位）。

<4>.指令系统格式

微指令基本格式：

操作控制

顺序控制

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

LOAD

LDPC

LDAR

LDIR

LD_Ri

LDPSW

Rs_B

S2

S1

S

0

ALU_B

RD_D

CS_D

RD_I

CS_I

ADDR_B

SWITCH

P1

P2

uA

5

uA

4

uA

3

u

A

2

uA

1

uA0

注：

×代表无效，√代表有效，-代表任意（可自定义）；

指

令

微地

址

LO

AD

LD

PC’

LD

AR’

LD

IR’

LD

Ri’

LDP

SW’’

Rs

-B

S2

S1

S0

ALU

-B

RD

-D’

CS

-D

RD

-I’

CS

-I’

ADD

R-B

SWITCH

P

1

P

2

U

A5

U

A4

U

A3

U

A2

U

A1

U

A0

取指令

000

√

×

√

×

-

×

√

×

1

0

MOV

000

001

×

√

×

-

×

√

×

1

0

CLR

000

010

×

√

×

-

×

√

×

1

0

ADD

000

011

×

√

×

0

√

×

1

0

SUB

000

100

×

√

×

0

1

√

×

1

0

INC

000

101

×

√

×

0

1

0

√

×

1

0

DEC

000

110

×

√

×

0

1

√

×

1

0

MUL

000

111

×

√

×

1

0

√

×

1

0

AND

001

000

×

√

×

1

0

1

√

×

1

0

OR

001

×

√

×

1

0

√

×

1

0

NOT

101

010

×

√

×

1

√

×

1

0

STO

001

011

×

√

×

-

×

√

×

1

0

010

×

√

-

×

√

×

1

0

1

0

1

0

LAD

001

100

×

√

×

√

1

-

×

0

1

0

1

0

1

010

011

×

√

×

-

×

√

×

1

0

JMP

001

101

×

√

×

√

×

-

×

√

×

1

0

JNZ

001

110

×

√

×

√

×

-

×

1

0

101

110

×

√

×

-

×

√

×

0

1

0

IN

001

111

×

-

×

√

1

0

OUT

010

000

×

-

×

√

1

0

HALT

010

001

×

-

×

1

0

除过直接微地址，其他信号量用0代表无效和任意值，1代表有效

指令

微地

址

LO

AD

LD

PC

LD

AR

LD

IR

LD

Ri

LDP

SW

Rs

-B

S2

S1

S0

ALU

-B

RD

-D

CS

-D

RD

-I

CS

-I

ADD

R-B

SWITCH

P

1

P

2

U

A5

U

A4

U

A3

U

A2

U

A1

U

A0

取指令

000

1

0

1

0

1

0

1

0

MoV

000

001

0

1

0

1

0

1

0

CLR

000

010

0

1

0

1

0

1

0

ADD

000

011

0

1

0

1

0

1

0

SUB

000

100

0

1

0

1

0

1

0

INC

000

101

0

1

0

1

0

1

0

1

0

DEC

000

110

0

1

0

1

0

1

0

MUL

000

111

0

1

0

1

0

1

0

1

0

AND

001

000

0

1

0

1

0

1

0

1

0

OR

001

0

1

0

1

0

1

0

1

0

NOT

001

010

0

1

0

1

0

1

0

STO

001

011

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

010

0

1

0

1

0

1

0

LAD

001

100

0

1

0

1

0

1

0

1

0

001

100

0

1

0

1

0

1

0

JMP

001

101

0

1

0

1

0

1

0

1

0

JNZ

001

110

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

101

110

0

1

0

1

0

1

0

IN

001

111

0

1

0

OUT

010

000

0

1

0

HALT

010

001

0

1

0

<5>.地址转移逻辑图

三、心得体会：

本次课程设计主要是运用所学知识设计一个简单的CPU指令系统，通过书本与实践相结合，达到更好的学习效果。

首先我们应该掌握的就是各种寄存器以及微程序控制器，熟练掌握多种指令寻址方式，更重要的就是在实践中得到提高。

这次设计是我们2个人共同完成的，中间确实也遇到很多疑惑，但总结起来最根本的还是书本上的基础知识没有掌握好，还是要熟练掌握最最基础的东西，不能那样似懂非懂的状态，开始确实是在书本和课程设计指导书之间的不同之处真的是无从下手，只要用心学习，静下心来思考，寻找突破口，各种问题也都迎刃而解。

我最想说的是，我们的这个设计部分还是在第二周的实现单总线结构的指令功能设计基础上修改出来的，第一周问题很多，希望在以后的学习中，我们能够再接再厉，办法总比困难多，还有，思想交流也很重要团队合作或者分工也很重要，也谢谢老师那么辛苦的为我们解答！

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关键词：: 组成原理课程设计报告总线结构 16 单字指令设计

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