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 目录目录 1 设计目的 1 2 设计内容 1 3 设计要求 1 4 数据格式与指令系统. 2 4.1 数据格式 2 4.2 指令系统 2 5 设计原理与电路图(包括总框图、微程序控制器的逻辑图、电路图和封装图) 3 5.1 总的逻辑框图： 3 5.2 微程序控制器： 4 5.2.1 地址转移逻辑图 4 5.2.2 微程序控制器逻辑图 . 5 5.3 PC 计数器 . 7 5.4 时序产生器 . 8 5.5 总的逻辑组成图（运算器和存储器不再说明）： .

2、9 5.5.1 逻辑图及波形文件 . 9 5.5.2 初始化数据 10 6 微程序流程图、代码表 12 6.1 微程序流程图： .12 6.2 代码表： 13 7 系统调试情况 .14 8 设计总结与体会.14 9 参考文献 .15 1 1 设计目的设计目的 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，加深计算机工作中“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。 2 设计内容设计内容 1根据给定的数据格式和指令系统，设计一

3、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）设计说明书及工作小结。 3 设计要求设计要求 （1）对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各 器件的类型和数量； （2）设计总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指 令系统所要求的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求； （3）检查全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制

4、信号； （4）检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。 以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。 2 4 数据格式与指令系统数据格式与指令系统 4.1 数据格式数据格式 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 符号位 尾 数 4.2 指令系统指令系统 本实验设计使用 5 条机器指令，其格式与功能说明如下： 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

5、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

6、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 3 条件转移到第二个字指定的内存单元地址。 5 设计原理与电路图设计原理与电路图(包括总框图、微程序控制器的逻辑图、包括总框图、微程序控制器的逻辑图、 电路图和封装图电路图和封装图) 5.1 总的逻辑框图：总的逻辑框图： 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(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 通过这个逻辑框图，可以看出整个模型机的设计主要