复杂模型机设计-计算机组成原理课程设计

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1、 计算机组成原理计算机组成原理 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 班级：班级： 学号：学号： 姓名：姓名： 成绩：成绩： 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 计算机科学系计算机科学系 目录 一、设计题目 .1 二、模型机功能概述 1 三、总体设计 .2 3.1 模型机结构： .2 3.2 微程序控制电路 .3 3.3 指令译码器电路 .5 四、详细设计 .6 4.1 数据格式： .6 4.2 指令格式：6 4.3 指令系统 .7 4.4 设计微代码8 五、实验代码： . 10 六、实验步骤： . 12 6.1 实验连线： 12 6.2 写微代码： 12 6.3 读微代码及校验微代码：

2、 14 6.4 写机器指令 14 6.5 读机器指令及校验机器指令： 15 6.6 运行程序 . 15 七、测试源程序及结果分析 . 16 八、认识体会 . 16 九、参考文献 . 16 计算机组成原理课程设计 1 计算机组成原理课程设计报告书计算机组成原理课程设计报告书 一、一、设计题目设计题目 复杂模型机设计 二、二、模型机功能概述模型机功能概述 以 EL-JY-II 计算机组成原理教学实验系统为平台，根据模型机的结构，及内部的指令译码电 路、微指令译码电路及微指令格式等设计一套指令系统，指令系统中包括传送类指令、算术运算指 令、逻辑运算指令、输入/输出及转移指令；寻址方式包括寄存器寻址、

3、直接寻址及立即寻址等。设 计机器指令格式以及微程序，按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序，装载代码到 EL-JY-II 实验系统中并运行。 系统采用“基板+扩展板（CPU 板） ”形式；系统公共部分如数据输入/输出和显示、单片机控 制、与 PC 机通讯等电路放置在基板上，微程序控制器、运算器、各种寄存器、译码器等电路放置 在扩展板上。 此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。 1.运算器又是有 299，74LS181 完成控制信号功能的算逻部件，暂存器 LDR1，LDR2，及三个 通用寄存器 Ax，Bx，Cx 等组成。 2.控制器由程序计数器 PC、指令寄

4、存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电 路组成。 3.存储器 RAM 是通过 CE 和 W/R 两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。 4.输出设备有两位 LED 数码管和 W/R 控制完成的。 计算机组成原理课程设计 2 三、总体设计三、总体设计 3.1 模型机结构： 图 1 中运算器 ALU 由 U7U10 四片 74LS181 构成，暂存器 1 由 U3、U4 两片 74LS273 构成， 暂存器 2 由 U5、U6 两片 74LS273 构成。微控器部分控存由 U13U15 三片 2816 构成。除此之外， CPU 的其它部分都由 EP1K10 集成（其原理见系统介绍

5、部分） 。 存储器部分由两片 6116 构成 16 位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为 00H FFH。 输出设备由底板上的四个 LED 数码管及其译码、驱动电路构成，当 D-G 和 W/R 均为低电平时 将数据总线的数据送入数码管显示。 在开关方式下， 输入设备由 16 位电平开关及两个三态缓冲芯片 74LS244 构成，当 DIJ-G 为低电平时将 16 位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数 据可由键盘或上位机输入， 然后由监控程序直接送上数据总线， 因而外加的数据输入电路可以不用。 图图 1 模型机结构框图模型机结构框图 计算机组成原理课程设计 3 3.2

6、微程序控制电路 微程序控制电路电路中，由三片 2816 作为 24 位微程序存储器，EP1K10 产生控制逻辑。开关 K1、K2、K3 的不同组合控制微程序的读、写和运行，六个黄色 LED 为微地址指示灯。微控器原理 如下图 （除 2816、 74LS245 和 74LS374 外， 其余芯片功能均由 EP1K10 实现。 不详之处请查阅 EP1K10 的源程序） 。以微程序的运行为例：在 T2 时刻，将 MS24MS1 的 24 位微程序打入微指令寄存器， 然后由译码电路对 MS24MS7 进行译码， 产生地址寄存器、 指令寄存器等等电路的控制信号。 MS6 MS1 指示下一个微地址，在 T3 时刻，由机器指令译码器产生的强制微地址信号对 MS6MS1 微 地址的某几位强行置位，形成下一个微地址输出。微控器的外部接口有：uAJ1、LDRO1、LDRO2、 ALU_GOUT、G_299OUT、AROUT、STA TUS 、AO1、BO1、WEO、