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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用运算机组成原理课程设计大纲 课程名称：运算机组成原理课程设计试验学时：1 周/人 课程编号：学分： 1 课程总学时： 28 试验学时： 28 课程总学分： 1 适用专业及年级：运算机科学与技术三年级 课程负责人：许高攀 大纲主撰人：许高攀 编写日期： 2006 年 9 月 一、课程设计教案目的及基本要求运算机组成原理课程设计是运算机科学与技术专业集中实践性环节之一,是学习 完运算机组成原理课程后进行的一次全面的综合练习；其目的是综合运用所学运算机 原理学问,设计并实现一台较为复杂的模型运算机,以便巩固所学的学问,提高分
2、析问题 和解决问题的才能；二、课程设计内容及支配依据 COP2000模型机数据通路图实现80C51 指令系统,画出微程序流程图,编写出微指令代码,以脱机方式在Cop2000 试验平台下调试通过,最终以文件.ins ）的形式提交；三、数据格式及指令系统 数据格式 模型机规定采纳定点补码表示数据,且字长为 8 位,其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0 符 号 尾 数其中第 7 位为符号位,数值表示范畴是：-1 X1； 指令格式模型机设计四大类指令共16 条,其中包括算术规律指令、I/O 指令、拜访及转移指令和停机指令； 算术规律指令 设计 10 条算术规律指令并用单字节表示,寻址方式采纳寄存
3、器直接寻址,其格式如 下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE Rs Rd 其中, OP-CODE为操作码, Rs 为源寄存器, Rd为目的寄存器,并规定：名师归纳总结 Rs 或 Rd 选定的寄存器第 1 页,共 7 页0 0 R0 0 1 R1 1 0 R2 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 9 条算术规律指令的名称、功能和详细格式见表个人资料整理仅限学习使用1； 拜访指令及转移指令模型机设计 2 条拜访指令,即存数 STA）、取数 LDA）, 2 条转移指令,即无条件转移JMP）、结果为零转移指令 JRZ）,指令格式为： 7 6 5 4
4、 3 2 1 0 M 0 OP-CODE Rd D 其中, OP-CODE为操作码, Rd 为目的寄存器地址 正负均可）, M为寻址模式,其定义如下：LDA、STA 指令使用）； D 为位移量 I/O指令寻址模式 M 有效地址 E 说明0 0 E= D 直接寻址0 1 E=D）间接寻址1 0 E=IR）+D RI 变址寻址1 1 E=PC）+D 相对寻址本模型机规定变址寄存器RI 指定为寄存器R2；输入 IN）和输出 指令,选中 INPUT DEVICE 中的开关组作为输入设备,而 00直接） 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - -
5、 - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 Lad 1C Bzc 1F 01Z=1 01 NO P3 0E 1E 0E 01 01 图 1-3 复杂模型机微程序流程框图2、编写微指令代码COP2000模型机包括了一个标准 CPU所具备全部部件,这些部件包括：运算器 ALU、累加器 A、工作寄存器 W、左移门 L、直通门 D、右移门 R、寄存器组 R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器 MAR、堆栈寄存器 ST、中断向量寄存器 IA 、输入端口 IN 、输出端口寄存器OUT、程序储备器 EM、指令寄存器 IR、微程序计数器 uPC、微程序储备器 uM,以及中断控制电路、跳转掌握电路；其中运算器
6、和中断掌握电路以及跳转掌握电路用 CPLD来实现,其它电路都是用离散的数字电路组成；微程序掌握部分也可以用组合规律掌握来代替；模型机为8 位机,数据总线、地址总线都为8 位,但其工作原理与16 位机相同；相比而言 8 位机试验削减了烦琐的连线,但其原理却更简单被同学懂得、吸取；模型机的指令码为 8 位,依据指令类型的不同,可以有 0 到 2 个操作数；指令码的最低两位用来挑选 R0-R3 寄存器,在微程序掌握方式中,用指令码做为微地址来寻址微程序存储器,找到执行该指令的微程序；而在组合规律掌握方式中,按时序用指令码产生相应的掌握位；在本模型机中,一条指令最多分四个状态周期,一个状态周期为一个时
7、钟脉冲,每个状态周期产生不同的掌握规律,实现模型机的各种功能；模型机有 24 位掌握位以掌握寄存器的输入、输出,挑选运算器的运算功能,储备器的读写；下：24 位掌握位分别介绍如 XRD ： 外部设备读信号,当给出了外设的地址后,输出此信号,从指定外设读数据； EMWR： 程序储备器 EM写信号； EMRD ： 程序储备器 EM读信号； PCOE ： 将程序计数器 PC的值送到地址总线 ABUS上； EMEN ： 将程序储备器 EM与数据总线 DBUS接通,由 EMWR和 EMRD打算是将 DBUS数据写到 EM中,仍是从 EM读出数据送到 DBUS； IREN ： 将程序储备器 EM读出的数据
8、打入指令寄存器 IR 和微指令计数器 uPC； EINT： 中断返回时清除中断响应和中断恳求标志,便于下次中断； ELP ： PC 打入答应,与指令寄存器的IR3 、IR2 位结合,掌握程序跳转；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - MAREN：将数据总线个人资料整理仅限学习使用DBUS上数据打入地址寄存器MAR； MAROE：将地址寄存器 MAR的值送到地址总线 ABUS上； OUTEN ：将数据总线 DBUS上数据送到输出端口寄存器 OUT里； STEN ： 将数据总线 DBUS上数据存入堆栈寄存器 ST 中； RR
9、D ：读寄存器组 R0-R3,寄存器 R.的挑选由指令的最低两位打算； RWR ：写寄存器组 R0-R3,寄存器 R.的挑选由指令的最低两位打算； CN ：打算运算器是否带进位移位,CN=1带进位, CN=0不带进位； FEN ：将标志位存入 ALU内部的标志寄存器； X2 ： X2 、X1、X0 三位组合来译码挑选将数据送到 X1 ：见 16 页表； X0 ：DBUS上的寄存器； WEN ：将数据总线 DBUS的值打入工作寄存器 W中； AEN ： 将数据总线 DBUS的值打入累加器 A 中； S2 ： S2 、S1、S0三位组合打算 ALU做何种运算； S1 ：见 14 页表； S0 ：3
10、. 模型机寻址方式模型机的寻址方式分五种：累加器寻址：操作数为累加器 A,例如“CPL A ” 是将累加器 A 值取反,仍有些指令是隐含寻址累加器 A,例如“OUT” 是将累加器 A 的值输出到输出端口寄存器 OUT；寄存器寻址：参加运算的数据在 R0-R3 的寄存器中,例如“ ADD A,R0” 指令是将寄存器 R0的值加上累加器 A 的值,再存入累加器 A 中；寄存器间接寻址：参加运算的数据在储备器 EM中,数据的地址在寄存器 R0-R3 中,例如 “ MOV A,R1” 指令是将寄存器 R1 的值做为地址,把储备器 EM中该地址的内容送入累加器 A 中；储备器直接寻址：参加运算的数据在储
11、备器EM 中,数据的地址为指令的操作数；例如立刻数寻址：“ AND A,40H” 指令是将储备器EM 中 40H 单元的数据与累加器A的值做规律与运算,结果存入累加器A；参加运算的数据为指令的操作数；例如“ SUB A, #10H” 是从累加器 A 中减去立刻数10H,结果存入累加器A；4、脱机调试（1）点击桌面 COP2000图标,进入集成试验环境；（2）挑选新建指令系统,进入编辑与调试窗口；六、课程设计报告要求 1、使用校发的统一课程设计报告用纸；参考理论课教材）；2、表达微程序掌握器原理、设计方法及步骤3、画出复杂模型机数据通路图；4、画出设计的复杂模型机微程序流程图；5、写出脱机操作时的十六进制格式文件；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用6、调试情形；7、课程设计收成；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页