设计一台嵌入式CISC模型计算机.docVIP

编号： 计算机组成原理课程设计说明书 题 目：设计一台嵌入式CISC模型计算机 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013年 4 月 09 日 目 录 1 课程设计的题目及内容 1 1.1 课程设计的题目 1 1.2 课程设计完成的内容 1 2 总体设计 2 2.1 CISC模型机数据通路框图 2 2.2 操作控制器的逻辑结构框图 2 2.3 模型机的指令系统和所有指令的指令格式 3 2.4 所有机器指令的微程序流程图 5 3 汇编语言及机器语言源程序 8 3.1 汇编语言源程序 8 3.2 机器语言源程序 8 4 机器语言源程序的功能仿真波形图及结果分析 9 5 故障现象与故障分析 12 6 体会 13 7 软件清单 14 7.1 算术逻辑运算单元ALU 14 7.2 状态条件寄存器单元 16 7.3 通用寄存器单元 16 7.4 1:2分配器单元 17 7.5 3选1数据选择单元 18 7.5.1 3选1数据选择器MUX3_1 18 7.5.2 3选1数据选择器MUX3_2 18 7.6 4选1数据选择器单元 19 7.6.1 4选1数据选择器MUX4_1 19 7.6.1 4选1数据选择器MUX4_2 20 7.7 程序计数器单元 21 7.8 地址寄存器单元 22 7.9 ROM存储器单元 23 7.10 RAM存储器单元 24 7.11 指令寄存器单元 25 7.12 指令转换器单元 25 7.13 时序产生器单元 26 7.14 微程序控制器单元 27 1 课程设计的题目及内容 1.1 课程设计的题目 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： 要求连续输入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： ①5个有符号数从外部输入； ②一定要使用符号位（比如说SF），并且要使用负的时候转移（JS）或不为负的时候转移（比如说JNS）指令。 ③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 课程设计完成的内容 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）、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。） 2 总体设计 2.1 CISC模型机数据通路框图 整个系统数据通路如下所示，但是在数据Cache处(RAM)将双向的数据总线改为单向的输出数据总线和输入数据总线,还有就是所有的输出总线不能直接连接，需增加多路选择器。 2.2 操作控制器的逻辑结构框图 2.3 模型机的指令系统和所有指令的指令格式 本指令系统共采用了12条不同功能的指令，指令字长度为双字节，寻址方式有三种，分别是寄存器寻址、直接寻址和立即寻址。 为了完成求负数和的平方和的功能，系统共设计了12条指令：IN1(输入),OUT1（输出），MOV(将一个数送入寄存器），LAD（取数），STOI（存数），JNS（条件转移指令），JMP（无条