CISC模型计算机

题目

设计一台嵌入式CISC模型计算机。

釆用定长CPU周期、联合控制方式,并运行能完成一定功能的机器语言源程序进行验证,机器语言源程序功能如下：

输入包含10个整数(无符号数)的数组M,输出众数及其出现次数

说明:嵌入式模型计算机内必须设计和使用RAM存储器读写数据,相应地需要设。

计对RAM存储器数据的读写指令,以及对RAM中数组操作必须的寄存器间接寻址方式等。

流程框图

嵌入式CISC模型机的数据通路框图

微程序控制器逻辑框图

机器指令功能表

Rs Rd功能表

Rs Rd	选定的寄存器
0 0	R0
0 1	R1
1 0	R2
1 1	R3

PC功能表

CLR	LOAD	LDPC	功能
0	x	x	PC清零
1	0	↑	DBUS→PC
1	1	0	PC+1
1	1	↑	不装入、不计数

1：2分配器FEN2

输入	输出
LED_B	FENOUT[7..0]	OUTBUS[7..0]
0		INBUS[7..0]
1	DBUS[7..0]

CS_I

CS_I	功能
0	读
1	不选择

RAM 功能表

CS_D	RD_D	功能
↓	0	写
↓	1	读
	X	不选择

ALU功能表

S2	S1	S0	功能
0	0	0	X + Y，修改ZF、CF
0	0	1	X – Y，修改ZF、CF
0	1	0	Y + 1，修改ZF、CF
0	1	1	Y – 1，修改ZF、CF
1	0	0	X*Y
1	0	1	X / Y，修改ZF、CF
1	1	1	Y

微程序

时序产生电路

微程序流程图

指令格式

指令助记符	指	令	格	式	功能
	15-12	11-10	9-8	7-0
MOV Rd,im	0001	XX	Rd	Im	输入设备 → Rd
IN Rd	0010	XX	Rd	XXXXXX	输入设备 → Rd
DEC Rd	0011	XX	Rd	XXXXXX	(Rd) - 1 → Rd，锁存ZF、CF
SUB Rs Rd	0100	Rs	Rd	XXXXXX	(Rs) - (Rd) → Rd，锁存ZF、CF
JB	0101	XX	XX	addr	CF=0 则addr → PC
JZ	0110	XX	XX	addr	ZF=0 则addr → PC
JMP	0111	XX	XX	addr	addr → PC
CMP	1000	Rs	Rd	XXXXXX	(Rs) – (Rd)，锁存ZF、CF
ADD	1001	Rs	Rd	XXXXXX	(Rs) + (Rd) → Rd，锁存ZF、CF
OUT	1010	Rs	XX	XXXXXX	(Rs) → 输出设备
LAD	1011	Rs	(Rd)	XXXXXX	((Rs)) → Rd
STO	1100	Rs	(Rd)	XXXXXX	(Rs) → (Rd)
INC	1101	XX	Rd	XXXXXX	(Rd) + 1 → Rd，锁存ZF、CF

地址转移逻辑电路

地址转移逻辑电路是根据微程序流程图中的棱形框部分及多个分支微地址,利用微地址寄存器的异步置“1”端,实现微地址的多路转移。地址转移逻辑电路中异步置“1”信号SE5~SE0表达式的确定与P字段测试时转移微地址的确定密切相关。

为了满足JB和JZ两个跳转指令的设计要求，使用SE4和SE5用作P2，P3测试。

   SE5<=NOT(CF AND NOT(ZF) AND P2 AND T4);
   SE4<=NOT(ZF AND NOT(CF) AND P3 AND T4);
   SE3<=NOT(I15 AND P1 AND T4);
   SE2<=NOT(I14 AND P1 AND T4);
   SE1<=NOT(I13 AND P1 AND T4);
   SE0<=NOT(I12 AND P1 AND T4);

微地址

	微地址	LOAD	LDPC	LDAR	LDIR	LDRI	LDPSW	Rs_B	S2	S1	S0	ALU_B	SW_B	LED_B	RD_D	CS_D	RAM_B	CS_I	ADDR_B	P1	P2	P3	后续微地址
取址	000000	1	1	0	1	0	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	0	1	1	0	0	000000
MOV	000001	1	0	0	0	1	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	000000
IN	000010	1	0	0	0	1	0	1	0	0	0	1	0	1	1	1	0	1	1	0	0	0	000000
DEC	000011	1	0	0	0	1	1	1	0	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	000000
SUB	000100	1	0	0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	000000
JB	000101	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	1	0	000000
JZ	000110	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	1	000000
JMP	000111	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	000000
CMP	001000	1	0	0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	000000
ADD	001001	1	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	000000
OUT	001010	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1	0	0	0	000000
LAD	001011	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	001100
LAD2	001100	1	0	0	0	1	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	000000
STO	001101	1	0	1	0	0	0	1	1	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	001110
STO2	001110	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	0	1	1	1	1	0	0	0	000000
INC	001111	1	0	0	0	1	1	1	0	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	000000
JZ2	010110	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	000000
JB2	100000	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	000000

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