计算机组成原理课程设计——模型计算机的设计与实现

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1、 -计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计 报报 告告 书书 课课 题题 名名 模型计算机的设计与实现模型计算机的设计与实现 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 日日 期期 2012.6.182012.6.18 2012.6.21 2012.6.21 一、设计目的一、设计目的 1、融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块 的工作原理及相互联系的认识，经阿什计算机工作中“时间-空间”概念的理 解，从而清晰地建立计算机的整机概念。 2、学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，培养科学研究的独立工作能力， 取得工程设计和调试的实践和经验。 二、设计内容

2、二、设计内容 1、根据给定的数据格式和指令系统，设计一台微程序控制的模型计算机。 2、根据设计图，在 QUARTUS II 环境下仿真调试成功。 3、在调试成功的基础上，整理出设计图纸和相关文件，包括： （1）总框图（数据通路图）； （2）微程序控制器逻辑图； （3）微程序流程图； （4）微程序代码表； （5）设计说明书； （6）工作小结。 三、数据格式与指令系统三、数据格式与指令系统 1、数据格式 数据字规定采用定点整数补码表示法，字长 8 位，其中最高位为符号位，其格 式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 符号位 尾 数 2、指令格式 本实验设计使用 5 条机器指令，其格式与功能说明如

3、下： 7 6 5 4 3 2 1 0 IN 0 0 1 0 0 0 0 0 ADD 0 1 0 0 0 0 0 0 A STA 0 1 1 0 0 0 0 0 A OUT 1 0 0 0 0 0 0 0 A JMP 1 0 1 0 0 0 0 0 A IN 指令为单字长（字长为 8bits）指令，其功能是将数据开关的 8 位数据输 入到 R0寄存器。 ADD 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是将 R0寄存器的内容与内存中地址为 A 的数相加，结果存放在 R0寄存器 中。 STA 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是将 R0寄存器

4、中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。 OUT 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示 之。 JMP 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。 四设计原理与电路图四设计原理与电路图 原理图原理图 ROM AR(74273b) PC (用2个74163构成的8位计数器) PC输出缓冲 (74244b) 微程序控制器 时 序 产 生 器 IR(74273b) ALU输出缓冲 (74244b) ALU DR1(74273b)DR2(

5、74273b) R0(74374b) 输入缓冲 (74244b) nalu_bus m LDDR1 LDDR2 LDR0 nsw_bus nR0_BUS nCS WE LDAR nPC_BUS LDNLDPC LDIR 数据输入 数据输出 RAM 74244b74244b nRAM_BUS nROM_BUS 按照原理图，完成模型机的数据通路的编辑、编译以及波形 仿真工作。，图中采用两个寄存器 74273b 来存放指令，一 个用于存放操作码，另一个用于存放地址码。 （2）微程序控制器的逻辑图： A 数据通路逻辑电路图 A.FA(加法器） B.ALU(运算器) 封装图 C 地址转移逻辑电路 设计地

6、址转移逻辑电路，完成电路图的编辑、编译以及波形仿真工 作。仿真正确后，封装成芯片control。地址转移逻辑通过指令的操 作码的高 3 位和微指令的测试字段 P1 来确定下一条微指令的地址。 D、微程序控制器： 调用地址转移芯片control，存放微指令的ROM，两片74273b芯片以 及一片 74273 芯片来完成电路图的编辑、编译以及波形仿真工作。 封装图 E.PC(程序计数器) 五、五、微程序流程图、代码表微程序流程图、代码表 （1） 微程序流程图 （2）代码表： RAM.MIF EPROM.MIF ROM.MIF 六、系统调试情况六、系统调试情况 （1） 测试结果（波形图）： （2）主要问题和解决办法： 1、此模型计算机为单总线结构，输入信号和输出信号均通过该总线进行传输， 如果不加缓冲器就会产生输入信号和输出信号的传输冲突，