组成原理课程设计_扩展指令(4条).docVIP

1．课程设计目的 通过计算机组成原理课程设计，进一步熟练掌握计算机各功能部件的内部构造和相互之间的联系（部件配置、相互连接和作用）、各功能部件的性能参数的相互匹配、机器指令级的各种功能和特性。学生能够将所学知识融会贯通、进一步系统化，进一步提高硬件系统设计的能力，为以后的更高一级的硬件设计打下坚实基础。 2.课程设计任务 在现有的TEC-XP+教学机系统上扩展4条指令。 要求：（1）4条指令至少要用到4种寻址方式； （2）4条指令分别由1步、2步、3步、4步完成； （3）监控命令A、U必须能够支持这4条指令。 3.系统组成原理及实现 （1）运算器 运算器的基本组成与实现 TEC-XP系统机上的运算器，可选 8 或 16 位字长，分别由 2 或 4 片 4 位的位片结构的器件组成，作为讲解运算器的实例和教学实验的对象，有很强的典型性。它可脱离TEC-XP主机，单独地进行运算器部件实验，??可在主机控制下完成运算器部件实验、其它功能部件实验或整机实验。 位片结构是说，每个器件本身就是一个完整的运算器，只是位数较少，要组成更多位数的实用运算器要用多片共同实现，这里选用的是美国AMD公司的 Am2901芯片。 Am2901芯片是一个 4位的位片结构的运算器器件,其内部组成如下图所示。 ?I3 ?I4 ?I5 ?I6 ?I7 ?I0 ?I8 ?I1 ?I2 第一个组成部分是算逻运算部件ALU，完成 3 种算术运算 和 5 种逻辑运算， 共计 8 种功能。 其输出为 F，两路输入为 S、R，最低位进位Cn，四个状态输出信号如图所示。 第二个组成部分是通用寄存器组，由16个寄存器构成，并通过B口与A口地址选择被读的寄存器，B口地址还用于指定写入寄存器。通过B口地址、A口地址读出的数据将送到B、A锁存器，要写入寄存器的数据由一个多路选择器送来。 第三个组成部分是乘商寄存器Q，它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出结果。一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的 R、S输入端的数据来源，包括Q寄存器、A口、 B口、外部输入D数据的8 种不同组合。 第四个组成部分是 5 组多路选通门,包括一组三选一门完成把ALU的输出、或左移一位、或右移一位的值送往通用寄存器组，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。一组三选一门完成Q寄存器的左移一位、或右移一位、或接收ALU输出值的功能，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。 一组二选一门，选择把A口数据或ALU结果送出芯片，以给出输出Y的数据，Y输出的有无还受输出使能 /OE信号的控制，仅当 /OE为低时才有Y输出 ，/OE为高，Y输出为高阻态。 ALU的数据来源由I2-0三位选择码控制，8种功能由I5-3三位选择码实现，运算结果处理方式由I8-6三位选择码控制，具体规定如下表所示。 Am2901的9位控制码 状态寄存器、最低进位输入、移位输入控制信号 运算器是计算机硬件系统传统的5大功能部件之一，承担着执行运算和暂存运算数据的功能，通常由执行算术逻辑运算功能的ALU线路、暂存参加ALU运算的数据和中间运算结果的通用寄存器组、支持乘除法运算的专用寄存器3部分组成，3个部分之间通过多路选择器线路实现连接，从而构成一个完整的运算器部件。 TEC-XP计原l 6系统的运算器部件主体部分由4片长度为4位的位片结构运算器芯片Am2901组成。4 片Am2901之间的连接如下图所示。 （2）微程序控制器 微程序控制器的基本组成与实现 TEC-XP+教学计算机系统同时实现了微程序方案和组合逻辑方案的两种控制器，其总体组成如图2-5所示。从两种控制器的组成来看，都包括有程序计数器PC、指令寄存器IR、程序定序器Am2910以及MACH芯片四部分。PC是选用在运算器的通用寄存器组中的R5实现的，图中用虚线表示。IR是选用两片8位的寄存器电路实现的，还用到一片传送IR低位字节内容到内部总线IB的开关门电路。Am2910芯片用来确定微指令的执行次序。MACH芯片是一片有130多个输入输出管脚、由一万个门电路组成的CPLD器件，其内部的线路组成和实现的功能都比较复杂。 图2-5 教学机计算机控制器的总体组成 1）程序计数器PC可以在运算器内部完成加1运算功能，产生下一条相邻指令的地址；或者完成加一个相对转移的偏移量，产生相对转移指令的转移地址；或者直接接收一个16位的指令地址，用在程序调用或者跳转指令中。 2）指令寄存器IR接收从内存储器读出并传送到内部总线IB的指令内容，其全部16位输出送MACH芯片的输入引脚，其低8位内容还可以经一个有三态功能的开关门送到内部总线IB。 3）微程序定序器Am2910芯片用在微程序控制器