计算机组成原理课程设计基于cop2000

1总体设计方案 - 1 - 1.1 课程设计的目的 - 1 - 1.2利用COP2000实验平台上设计指令微指令（微程序）系统并验证，掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系； - 1 - 1.3 课程设计的任务 - 1 - 1.4 详细了解并掌握COP2000模型机的微程序控制原理，通过综合实验来实现 - 1 -…………………………………………………………………………………. 2设计原理 - 6 - 3设计结论和心得 - 23 -

1总体设计方案 1.1 课程设计的目的 1．利用COP2000实验平台上设计指令微指令（微程序）系统并验证，掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系； 2．在部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成，系统地构造一台基本模型计算机。 1.2 课程设计的任务 利用COP2000实验仪，详细了解该模型机的指令/微指令系统入手，以实现加法和减法运算功能为应用目标，在COP2000的集成开发环境下，设计全新的指令系统并编写对应的微程序；之后编写实现直接寻址、间接寻址、加减法、与、或、移位、跳转操作、输出操作的程序进行设计的实验。 注意：  每个设计汇编语言程序代码不得少于10条。 1.2.1 详细了解并掌握COP2000模型机的微程序控制原理，通过综合实验来实现 COP2000模型机指令系统的特点： COP2000 模型机包括了一个标准 CPU 所具备所有部件，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、程序存储器EM、指令寄存器 IR、微程序计数器 uPC、微程序存储器 uM，以及中 断控制电路、跳转控制电路。其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用 CPLD 来实 现，其它电路都是用离散的数字电路组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。 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 位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。 模型机的指令码为 8 位，根据指令类型的不同，可以有 0 到 2 个操作数。指令码的最低 两位用来选择 R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，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。而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控 制位。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钟脉冲，每个 状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有 24 位控制位以控制寄存 器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。 24 位控制位分别介绍如下： 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： 程序存储器 EM 写信号。 EMRD： 程序存储器 EM 读信号。 PCOE： 将程序计数器 PC 的值送到地址总线 ABUS 上。 EMEN： 将程序存储器 EM 与数据总线 DBUS 接通，由 EMWR 和 EMRD 决定是将 DBUS 数据写 到 EM 中，还是从 EM 读出数据送到 DBUS。 IREN： 将程序存储器 EM 读出的数据打入指令寄存器 IR 和微指令计数器 uPC。 EINT： 中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。 ELP： PC 打入允许，与指令寄存器的 IR3、IR2 位结合，控制程序跳转。 MAREN：将数据总线 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。 RRD： 读寄存器组 R0-R3，寄存器 R?的选择由指令的最低两位决定。 RWR： 写寄存器组 R0-R3，寄存器 R?的选择由指令的最低两位决定。 CN： 决定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 三位组合来译码选择将数据送到 DBUS 上的寄存器。 X1： 见 16 页表。 X0： 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 三位组合决定 ALU 做何种运算。 S1： 见 14 页表。 S0： 1.2.2 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“CP