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文档简介

华北科技学院

课程设计说明书

班级:姓名:

设计题0:计算机组成原理课程设计____________

设计时间:2010-12-19至2011-1-6

指导教师:__________________________________

评语:_______________________________________

评阅成绩:评阅教师:

1.课程设计目的

通过《计算机组成原理》课程设计,使学生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-2000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;

(4)扩展的指令不能是系统已有的基本指令和扩展指令。

3.系统组成原理及实现

(1)运算器

这部分的逻辑图见下图1-1和图1-2。从图中可以看到,运算器部件主要包括两

组独立的8位字长的运算器,各自由2片位片结构的运算器AM2901组成;还有

状态标志(CZVS)寄存器和教学实验所需的相关逻辑部件。

[运算功能码]

来自内部总线IBSCi

价Y15-0

四0

G最

位:F=O

AG低

L标:OVRCin

16位的位C

1志

F153进

位I/C]

^,1,RAMO位方波

Q0,RAM15

右RAMO左0

移RAMI5运算器

0—►G移

A输Q15,GC

c—►L

3入Q15

Cyf信口S曼

BIIHI^D15~O3信/F15

RAMO-号

A口I8-I0ssMFFT左移控制

右移控制十个1SSH

图16位运算器结构框图

图1-2AM2901内部结构框图

十六位教学机运算器的设计与实现:16位机,使用16位数据线,共用4片

Am2901芯片实现,写16位的地址寄存器操作,16位ALU一次送16位数据。

16位ALU输出经16位开关门送到16位的内部总线IB。经16位双向三态门

送到外部总线。ALU接收16位开关送数据。另外有状态寄存器(FLAGGAL)、

最低位进位信号、高低位移位信号线路(SHIFTGAL)o状态位CZVS和中断

优先级Pl、P0经开关门送到内部线IB。

运算控制码及功能:

例如运算功能,数据来源,结果处理等。详见下表:

18^16:运算结果处理I5~I3:运算功能I2~I0:数据来源

控制编码

累加器Q寄存器Y的输出RS

000无FFR+SAQ

001无无FS-RAB

010F->B无AR-S0Q

011F->B无FRUS0B

100F/2->BQ/2->QFRns0A

101F/2->B无F/RnsDA

1102*F->B2*Q->QFR®SDQ

1112*F->B无F/(R®S)D0

对内存和输入输出接口(设备)的控制:

/MIO(0:有内存或串口读写1:无)

REQ(0:读写内存1:读写穿行口)

/WE(0:写操作1:读操作)

(2)微程序控制器

微程序控制器的组成及框图如图27,微指令格式,八块芯片存放的内容及意义

微程序控制器的组成及框图:

指令寄存渊条件判断线路

IRHSCC

图2T微程序控制器基本组成

微指令格式:

B55〜B48-'

微下地址”

B47〜B4(k'B39〜B32,

CI3〜CIOSCC3〜0ONDOREQVT012〜

B31〜B24。B23〜B16-'

SA18-16SB15〜13B口A口。

B15〜B8+,B7〜B(k

0ISSTSSHISCI0DC20DCM

CM1:存放下址。

CM2:CI3"0,SCC30oCI3~CI0提供Am2910芯片的命令码;SCC3~SCC0用于指出形

成Am2910使用的/CC信号所依据的判断条件。

CM3:0MRW,012^0oMRW用来控制是对存储器读写和对I/O读写。012~0,选择数

据来源

CM4SA、18飞,SB、15~3。15~3控制运算功能,18~6控制结果处理方案,SA,

SB用于指明运算器A口,B口的地址信号。

CM5:B口,A口。运算器的A口,B口

CM6:0SST,SSH、SCI。SST用来控制标志寄存器的接受与保持,SSH用来控制最

高、最低的移位输入信号的形成,SCI用来控制最低位进位输入信号。

CM7:DC2,DCloDC1用来控制内部总线接受的数据来源,DC2用来控制内部总线的

内容送到的目的地。

MAPR0M:实现从机器指令的操作码映射出对应的微程序首地址。

4.扩展4条指令

(1)4条指令的格式及功能

序号指令名操作码入口地微程序

格式功能

称编码址寻址方式步数

1NANDNANDDR,SRDRA/SR->DR5180寄存器寻址1

2NDECNDECDR/(DR-1)->DR5281寄存器寻址2

30RRMORRMDR,[SR]DRU[SR]->DR5383寄存器间接3

寻址

4DIVMDIVMDR,[SR][SR]/2->DR5490寄存器间接5

DR->[SR]寻址

(2)指令所对应的微程序、MAPROM、CM1〜CM7八块芯片内容的写入过程

指令入口CI3-0MVR18-6B口SSTDC2

下址

名称地址SCC3-012-015-3A口SSHSCIDC1

NAND8030304104880000

00E04331801000

NDEC81

30304337801000

00E04410080030

ORRM8200E04300800000

30301633800000

00E04410080030

00E01730800000

DIVM9000E04350805100

00E04300800000

30300210000001

指令的实现过程:

1.第一条指令:NANDDR,SR

只需一条微指令:DRn/SR->DR

第一步编码意义

下地址30指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~00011顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0100无读写操作

0I2~I00001数据来源来自A口和B口

SAI8~60000F-〉Q;Y输出F结果

SBI5~30100数据处理方式进行与操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口1000A口使用寄存器SR

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000地址寄存器接收输出的值

DC10000送开关内容到内部总线

2.第二条指令:NDECDR

第一步完成:DR-1->DR

第二步编码意义

下地址00指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~01110顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0100无读写操作

0I2~I00011数据来源于B

SAI8~60011F->B,Y输出F结果

SBI5~30001数据处理方式进行减操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口0000不使用指定寄存器

0SST0001接收标志位输出的值

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10000送开关内容到内部总线

第二步完成:/DR->DR

第三步编码意义

下地址30指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~00011条件转移执行

SCC3~00000程序执行方式:必转移

0MRW0100无读写操作

0I2~I00011数据来源于B

SAI8~60011F-〉B,Y输出F结果

SBI5~30111数据进行异或操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口0000不使用指定寄存器

0SST0001接收标志位输出的值

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10000送开关内容到内部总线

3.第三条指令:ORRMDR,[SR]

第一步完成:SR->AR

第一步编码意义

下地址00指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~01110顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0100无读写操作

0I2~I00100数据来源来自A

SA18飞0001Y输出F结果

SBI5~30000数据处理方式进行加操作

B口0000不使用指定寄存器

A口1000A口使用寄存器SR

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20011地址寄存器接收

DC10000送开关内容到内部总线

第二步完成:MEM->Q

第二步编码意义

下地址00指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~01110顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0100无读写操作

0I2~I00011数据来源来自B口

SAI8~60000F->Q;Y输出F结果

SBI5~30000数据处理方式进行加操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口0000不使用指定寄存器

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10000送开关内容到内部总线

第三步完成:DRUQ->DR

第三步编码意义

下地址30指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~00011条件转移执行

SCC3~00000程序执行方式:必转移

0MRW0001读操作(读内存中的数据)

0I2~I00110数据来源来自D寄存器和Q寄存器

SAI8~60011F->B;Y输出F结果

SBI5~30011数据处理方式进行或操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口0000不使用指定寄存器

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH>SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10000送开关内容到内部总线

4.第四条指令:DIVMDR,[SR]

第一步完成:SR->AR

第一步编码意义

下地址00指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~01110顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0100无读写操作

0I2~I00100数据来源于A寄存器

SAI8~60001Y输出F结果

SB15~30000数据处理方式进行加操作

B口0000不指定寄存器

A口1000A口使用寄存器SR

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20011地址寄存器接收输出的值

DC10000送开关内容到内部总线

第二步完成:MEM->DR

第二步编码意义

下地址00指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~01110顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0001读操作(读内存中的数据)

0I2~I00111数据来源于D

SAI8~60011F-〉B;Y输出F结果

SBI5~30000数据处理方式进行加操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口0000不使用指定寄存器

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10000送开关内容到内部总线

第三步完成:SHRDR

第三步编码意义

下地址00指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~01110顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0100无读写操作

0I2~I00011数据来源于B寄存器

SAI8~60101F/2->B,Y输出F结果

SBI5~30000数据处理方式进行加操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口0000不使用指定寄存器

0SST01014个标志位RAMO、Z、V、S的值保持不变

SSH>SCI0001减法,加1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10000送开关内容到内部总线

第四步完成:DR->Q

第四步编码意义

下地址00指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~01110顺序执行

SCC3~00000程序执行方式

0MRW0100无读写操作

0I2~I00011数据来源于B寄存器

SAI8~60000F->Q;Y输出F结果

SBI5~30000数据处理方式进行减操作

B口1000B口使用寄存器DR

A口0000不使用指定寄存器

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10000送开关内容到内部总线

第五步完成:Q->MEM

第四步编码意义

下地址30指令执行完后执行得下一条指令的地址

CI3~00011条件转移执行

SCC3~00000程序执行方式:必转移

0MRW0000写内存操作

0I2~I00010数据来源于Q寄存器

SAI8~60001Y输出结果

SBI5~30000数据处理方式进行同或操作

B口0000不使用指定寄存器

A口0000不使用指定寄存器

0SST00004个标志位C、Z、V、S的值保持不变

SSH、SCI0000加法,减1,通用寄存器逻辑移位

DC20000不操作

DC10001送ALU输出到内部总线

(3)修改监控制程序

JCOMDW'E','D','G','A','U','T','P',0

JTABDWINPUT,DISPLAY,EXEC,ASM,UASM,STEP,PSTEP

;1WORD1-FollowNone

TYPE1DW'PSHF',8400H,'POPF',8C00H,'RET',8F00H

DW'CLC',6C00H,'STC',6D00H,'EI',6E00H,"DI',6F00H

DW'IRET',OEFOOH,0

;1WORD2-FollowByARegister(SR)

TYPE2DW'PUSH),8500H,'JMPR',6000H,"CALR',OEOOOH,0

;1WORD;3-FollowByTwoRegisters

TYPE3DW'ADD',0000H,'SUB',0100H

DW'CMP',0300H,'AND',0200H,'OR',0600H,'XOR',0400H

DW'TEST',0500H,'MVRR',0700H

DW'ADC',2000H,'SBB',2100H,'NXOR',2200H,'NAND',51OOH,0

;1WORD-FollowByAnOffset

TYPE4DW'JR',4100H,'JRZ',4600H,'JRNZ',4700H,'JRC',4400H

DW'JRNC',4500H,'JRS',6400H,'JRNS',6500H,0

;2WORD5-FollowByAnyAddress

TYPE5DW'JMPA',8000H,'CALA',OCEOOH,0

;1WORD6-FollowByAPort<=FFH

TYPE6DW'IN',8200H,'OUT',8600H,0

;2WORD7-FollowByARegisterAndAAdress

TYPE7DW'MVRD',8800H,0

;1WORD8-FollowByA[R]andR

TYPE8DW'STRR',8300H,0

;1WORD9-FollowByARand[RJ

TYPE9DW'LDRR',81OOH

DW'ADRM",0E300H,'SWRM',0E900H,'ORRM',5300H,'DIVM',5400H,0

;1WORD10-FollowByARegister(DR)

TYPE10DW'POP',8700H,'INC',0900H,'DEC0800H,

DW'SHL',OAOOH,'SHR',OBOOH

DW'NOT',2D00H,'ASR',2C00H,'RCL2A00H

DW'ACR',2B00H,'ADTW',0A100H,'NDEC',5200H,0

REGDW'RO',00,'RI01,'R202,'R3',03

DW'R4\04,"R505,'R606,'R6',06

DW'R7',07,'R808,'R909,'RIO10,'Rll11

DW'R12',12,5R13',13,'R1414,"R1515,0

RSTRDW'RORlR2R3SPPCR6R7R8R91011121314151

ERRMSGDW‘^Error,,CR,LF,0

TITLEDWCR,LF,CR,LF

DW'TEC-2000CRTMONITOR',CR,LF

DW'Version3.02006.1.8\CR,LF

DWJComputerArchitectureLab.,TsinghuaUniversity,,CR,LF

DW'CopyrightXizhenyuan',CR,LF,0

ERRSDW,Unknowncommand!',CR,LF,0

END

5.对扩展指令进行验证

(l).NAND

程序:MVRDRO,1

MVRDR1,6

NANDRO,RI

RET

=P

203

204B8FFB8FF

200525042504

FDFFFDFF

20vR6

20070800R0

2008FBFFFBFF

20090000R0,

20AFFFFFFFF

200B0000R0,

20CFFFFFFFF

200D0000R0,

200EFFFFFFFF

>A200000R0,

20

032

202MURD

DS

204MURDRI,6

3S

20C5NANDR0,R1

2D6RET

03S

>G0

R0=0001RI=0006R2=0002R3=EEFFSP=2780PC=2000R6=0800R?=FFFFR8=0800

R9=F9FBR10=8000R11=FFFFRI2=0400R13=FFFFR14=2612R15=FFFFF=llllllll

>-

AsynchronousConmunicationforTEC<—>IBM-PCBuConnuterArchitectureLab.94

(2).NDEC

程序:MVRDRO,1

NDECRO

RET

~Pcecl6.com

2004:NANDR0,R1

2005:RET

2006:

>G2000

R0=0001RI=0006R2=0002R3=EEFFSP=2780PC=2000R6=0800R7=FFFFR8=0800

R9=F9FBR10=8000R11=FFFFRI2=0400R13=FFFFR14=2612R15=FFFF

TEC-2000CRTMONITOR

Uersion3.02006.1.8

ComputerArchitectureLab.,TsinghuaUniuersity

CopyrightXizheni/uan

>A2006

2006:MURDR0,1

2008:NDECR0

2009:RET

200A:

>G2006

R0=FFFFRI=0006R2=0002R3=EEFFSP=2780PC=2006R6=0800R7=FFFFR8=0800

R9=F9FBR10=8000R11=FFFFRI2=0400R13=FFFFR14=2612R15=FFFFF=llllllll

>-

AsynchronousCommunicationforTEC<一一>IBM-PCByComputerArchitectureLab.94

(3).0RRM

程序:MVRDRO,1

MVRDRI,2050

ORRMR0JR1]

RET

~lPBN3E3

TEC-2000CRTMONITOR

Uei*sion3.02006.1.8

ConputerArchitectureLab.,TsinghuaUniuersity

CopyrightXizhenyuan

TEC-2000CRTMONITOR

Uersion3.02006.1.8

ComputerArchitectureLab.,TsinghuaUniuersit</

CopyrightXizhenyuan

>A2000

2000:MURDR0,1

2002:MURDRI,2050

2004:ORRMR0,[RU

2005:RET

2006:

>E2050

20500003:6

>G2000

R0=0007RI=2050R2=2050R3=0000SP=2780PC=2000R6=083DR7=CE00R8=575D

R9=0000R10=0004R11=88C0R12=2625R13=A81ER14=2612R15=0186F=lll-

AsynchronousCommunicationFoi、TEC<——>IBM-PCByComputet、AfchitectieeLab.94

⑷.DIVM

程序:MVRDR0,0

MVRDR1,2050

DIVMR0JR1]

RET

查看修改内存

同PBBQ

>E2050

20500003:6

>G2000

R0=0003RI=2050R2=2050R3=0000SP=2780PC=2000R6=083DR7=CE00R8=5?5D

R9=0000R10=0004R11=88C0R12=2625R13=A81ER14=2612R15=0186

>U2050

2050:0003ADDR0,R3

2051:FFFFDWFFFF

2052:FFFFDWFFFF

2053:FFFFDUFFFF

2054:FFFFDWFFFF

2055:FFFFDWFFFF

2056:FFFFDWFFFF

2057:FFFFDWFFFF

2058:FFFFDWFFFF

2059:FFFFDWFFFF

205A:FFFFDWFFFF

205B:FFFFDWFFFF

205C:FFFFDUFFFF

205D:FFFFDWFFFF

205E:FFFFDWFFFF

>-

AsynchronousCommunicationforTECIBM-PCByComputet*Ai*chitectuyeLab.94

6.总结与体会

在本次课程设计中通过组成原理设计性实验,发现自己有很多还学习还存

在不足之处,在设计调试整个系统的时候遇到许多问题,并通过书上的解说和请

教老师来解决我在设计时所面临的问题。本人从中学习到了很多知识,并在以后

的学习中希望能学到很多,来完成自己所设计的成果。检验学习成果,看一看课

堂学习与实际工作到底有多大距离,并通过综合分析,找出学习中存在的不足,

以便为完善学习计划,改变学习内容与方法提供实践依据。对我们计算机科学与

技术专业的学生来说,实际能力的培养至关重要,而这种实际能力的培养单靠课

堂教学是远远不够的,必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工

作。课程设计完成之际,我由衷地感谢指导老师的大力帮助和支持,感谢我的同

学与朋友,在我遇到各种各样复杂问题的时候,给与我鼓励和帮助,使我的分析

问题和解决问题能力有了很大的提高。

设计期间,指导老师严肃的科学态度、严谨的治学精神、精益求精的工作

作风深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,都始终给予我细

心的指导和不懈的支持。

//m256.abl文件

MODULEmach4000

TITLE'mach4000,

DECLARATIONS

P1,POpin9,8ISTYPE'REG,KEEP';

C,Z,V,SPIN10,11,15,17;

OvPIN25;

F3PIN27;

COPIN29;

CnPIN53;

CyPIN165;

GIRL,GFtolbpin73,12;

GSING8PIN38;

GARPIN120;

ARHCLK,ARLCLKPIN80,105;

GARH,GARLNODEISTYPE'COM';

IRLTOIBPIN102;

GALUTOIBPIN161;

RPIN162;

OMIOH,OMIOLPIN111,52;

GINTPIN164;

GIRHPIN103;

SWIBOUTH,SWIBOUTLPIN21,106;

IB3,IB2PIN23,19;

RESET,Hndlns,C„M,Link,Bit8,MACHPIN151,5,150,18,156,104;

T4,T3,T2,Tl,TOpin159,152,158,160,64ISTYPE'REG,KEEP';

SIGEXTPIN86;

_MIO,REQ,_WEPIN93,87,77;

18,17,16PIN54,57,51;

12,II,10PIN62,59,58;

15,14,13PIN75,74,76;

B3,B2,Bl,BOPIN72,71,70,63;

A3,A2,Al,AOPIN47,48,49,50;

SST2,SST1,SSTOPIN20,39,24;

SSH,SCI1,SCIOPIN36,26,37;

DC2_2,DC2_1,DC2_0PIN28,34,35;

DC1_2,DC1_1,DC1_OPIN32,33,30;

CK1PIN66;

IRCLKPIN68;

RAM15,RAM7,RAMOPIN81,60,7;

Q15,Q7,QOPIN100,61,6;

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IR15,IR14,IR13,IR12,IR11,IR10,IR9,IR8PIN

175,173,174,172,171,170,168,163;

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NXTADDR7,NXTADDR6,NXTADDR5,NXTADDR4,NXTADDR3,NXTADDR2,NXTADDR1,NXTADD

RONODEISTYPE'REG,KEEP";

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istype'REG,KEEP';

SST200,SST100,SSTOOO,A300,A200,A100,AOOO,B300,B200,BIOO,BOOONode

istype'REG,KEEP';

SCHOO,SCIOOO,DC2_200,DC2_100,SSHOO,DC2_000Nodeistype'REG,KEEP';

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CCMNODEISTYPE'COM';

NRSTNODEISTYPE'COM';

INT2,INTI,INTONODEISTYPE'REG,KEEP*;//INTSnodedefine

W2,Wl,WONODEISTYPE'REG,KEEP";

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DC23INNODEISTYPE'COM";

INTRNODEISTYPE'COM);//DC2nodedefine

INTNNODEISTYPE'COM";

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“Settings

c,z,x=.C.,.Z.,.X.;

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[NXTADDR7,NXTADDR6,NXTADDR5,NXTADDR4,NXTADDR3,NXTADDR2,NXTADDR1,N

XTADDRO];

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//vL*vL*xlxQxsixQxKGxL*xL**1**1**■!<*1*^1*

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//•业士山上山山叱业业必业士比士业士业必业丈业义业业业业业业业业业业业业

//不不不不不不不不不不不不不不不不不个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个*7"•个*T*个个个个个

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MA00=(Y==[0,0,0,0,0,0,0,0])

=

MA01(Y==[0,0,0,0,0,0,0,1])

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MA16二(Y==[0,0,0,1,0,1,1,0]);

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MA19=(Y==[0,0,0,1,1,0,0,I]);

MAI

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