计组课程设计报告

计算机组成原理课程设计

一、 课设总体任务

设计并仿真实现一台N位（N可自选8位，16位或32位）模型机系统，同时用所设计的指令通过一小段程序来验证所设计系统功能的正确性。

二、 课设具体要求

1． 指令系统

指令架构：采用 X86 指令系统

功能要求：至少五类指令各一条 其中：算术运算类指令 1条； 逻辑运算类指令 1 条； 数据传送类指令 1条； 转移类指令 1条； 停机指令 1 条

注：要求含三种以上寻址方式（含三种）

2． 数据通路

总线方式

3． 控制方案 多周期

控制实现方式：采用微程序方式或组合逻辑方式实现控制。

三、 课设具体实现步骤:

1. 模型机总体结构框图：

控制信号……CLK时序系统控制部件指令寄存器程序计数器总线暂存器运算部件BUS通用寄存器主存储器

2. 模型机数据通路设计图：

3. 指令格式：

7 3 4 OP-CODE DATA/ADDR 2 RS 1 0 RD 4. 指令助记符、操作码及指令功能对应关系表： 操作指令名称 指令功能 码 输入（IN） 0000 将数据输入寄存器R0 移数（MOV1） 加法（ADD） 移数（MOV2） 0001 0011 0100 MOV REG,REG,寄存器直接寻址 R0+R1→R0，加法运算 MOV DATA,REG立即数直接寻址 R0+1→R0，R0自增 ADDR→PC，执行指定的机器指令 在LED上输出R0 相对寻址，目标地址PC+Disp，将结果存入R0 对R0中的数右移一位存入R0 执行结束 自增（INC） 0110 无条件跳转0111 （JMP） 输出（OUT） 1010 取数（MOV3） 1011 循环右移（RRC） 1101 停机指令1110 （HALT） 5. 指令流程： 运行微程序01PC→ARPC+1→PC02RAM→BUSBUS→IRP(1)INMOV1ADDMOV2INCINPUT→R0R0→R1R0→DR1PC→ARPC+1→PCRAM→BUSBUS→R0R0→DR1R1→DR20101[DR1]+[DR2]→R1[DR1]+1→R0010101JMPOUTMOV3RCRHALTPC→ARPC+1→PCR0→OUTPUTPC→ARPC+1→PCRAM→BUSBUS→DR1(229)右移→2290→RUNRAM→BUSBUS→PC229→R00101PC→DR201[DR1]+[DR2]→AR01RAM→BUSBUS→R001

6 .微操作命令及控制信号：

机器指令及微程序列表如下： 机器指令 微指令 $P0000 $M00018001 $P0111 $M0101ED82 $P0220 $M0200C050 $P0331 $M10001001 $P0440 $M11019201 $P052C $M12001001 $P0660 $M1301A20A $P0770 $M0A01B40B $P080A $M0B959A01 $P0AA0 $M1401EDA1 $P0BB0 $M21009001 $P0C22 $M1601A40C $P0DD0 $M0C05814D $P0EE0 $M0D019B41 $M1701ED8E $M0E00D181 $M1A070201 $M1B01ED8F $M0F00A022 $M2201BC23 $M2395EA21 $M1D31822E $M2E29882F $M2F019801 $M1E01801E

本指令系统中所有指令及其对应微操作对应如下： IN R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③INPUT→R0。 MOV R0,R1：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→R1。 IN R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③INPUT→R0。 ADD R0,R1： ①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→DR1；④R1→DR2；⑤[DR1]+[DR2]→R1。 MOV R0,2C：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③PC→AR，PC+1→PC；④RAM→BUS，BUS→R0。 INC R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→DR1；④[DR1]+1→R0。

JMP P1:

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③PC→AR，PC+1→PC；④RAM→BUS，BUS→PC。 P1:OUT R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→OUTPUT。 MOV R0,[PC+22]：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③PC→AR，PC+1→PC；④RAM→BUS，BUS→DR1；⑤PC→DR2；⑥[DR1]+[DR2]→AR；⑦RAM→BUS，BUS→R0。 RCR R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③（229）右移→229；④229→R0。 HALT：

①?? PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③0→RUN。

7.模型机控制部件逻辑连线图及封装图：

8.测试波形：

9.本次课设心得体会：

本次计算机组成原理课程设计，任务是做一台模型机，用所设计的指令对这台模型机实现功能的验证。通过此次硬件课程设计，我从中学到了很多。

刚开始的时候拿到这么个任务真的是不知所措，不知道从什么地方开始下手，开始几天只是构思，不断的构思，后来从图书馆借了本书，开始着手指令系统的设计。设计的过程中虽然经历了很多的坎坷，但是凭借着自己以前学到的基础知识还有书上现学到的东西，总算最后把它设计出来了。此时又遇到了瓶颈，但是经过同学的帮助还有自己的努力，设计了数据通路部分。最后加上控制信号，终于把设计出来了。

此次课程设计，对于自己掌握硬件知识及计算机的指令系统、微操作等有很大的帮助。并且有了一个更加深刻的认识，更加深入的了解了计算机的工作原理以及计算机设计的主要步骤。另外，我明白了将理论应用于实践的重要性。以前太注重理论的东西而忽略了实践的重要性，殊不知实践是检验理论是否可靠的标准。在今后的学习生活中，我一定会注重实践环节，将理论联系实践，一方面可巩固理论，另一方面也锻炼自己实践的能力。总之，本次课程设计带给我的意义是深远的，它将对我以后的学习生活有着莫大的帮助。

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