计算机体系结构与组成原理课程设计

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1、 1 计算机组成与体系结构 课程设计报告 学学 院：院： 班班 级：级： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 指导老师：指导老师： 提交日期：提交日期： 2 1 1 实验概述实验概述 1.11.1 实验目的实验目的 （1） 融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，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，特别是对硬连线控制器的认识，建立清 晰的整机概念。 （2） 学习运用ISP（在系统编程）技术进行硬件设计和调试的基本步骤和和方法，熟悉集 成开发软件中设计、 模拟调试工具的使用， 体会ISP技术相对于传统开发技术的优点。 （3） 培养科学研究的独立工作能力，取得

2、工程设计与调试的实践经验。 1.21.2 设计与调试任务设计与调试任务 （1） 按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台硬布线控制器控 制的模型计算机。 （2） 根据设计图纸， 在通用实验台上进行组装， 或对微程序控制方案的模型机进行改装， 并调试成功。 （3） 在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括： 总框图（数据通路图）； 硬布线控制器逻辑模块图； 模块ABEL-HDL或VHDL源程序 （如果没有， 则文件中必须包含控制信号的译码 函数方程组，用逻辑表达式表示出每个控制信号）； 硬布线控制流程图； 测试向量（可以用硬件描述语言或波形图的方式表示）； 元件排

3、列图； 设计说明书； 调试小结； 1.3 1.3 实验原理实验原理 采用的数据通路和微程序控制器方案相同。 3 硬连线控制器模型机所使用的时序信号比微程序控制器的要多一些， 除了原有的时序信 号 T1 至 T4 外，还需要节拍信号，一拍等于一个 T1 至 T4 循环。实验仪提供的节拍信号有 四个：W1 至 W4。如果实验台提供的节拍信号不能满足需要（例如需要八拍），可以用寄 存器或 GAL 等自行构造，再从时序发生器引入 T1 至 T4 信号，也可以直接将节拍发生器涉 及到 ISP 芯片内部。 1.4 1.4 实验实验环境环境 （1） （TEC-4 计算机组成原理实验系统一台； （2） 直流万

4、用表一只； （3） 逻辑测试笔一支； （4） 集成电路若干片（取决于设计方案，如使用 ispEXPERT 作为设计工具可以选用芯 片 ispLSI1032，若使用 MAX+plus II，则可选用 EPM7064。）； （5） PC 机一台（具备 EDA 平台） 2 2 实验内容实验内容 2.12.1 实验方案设计实验方案设计 （1） 控制器的设计思路 硬布线控制器能够实现控制功能，关键在于它的组合逻辑译码电路。译码电路的任 务就是将一系列有关指令、时序等的输入信号转化为一个个控制信号，输出到各执 行部件中。 （2） 控制流程设计 微程序控制器的控制信号以微指令周期为时间单位，硬布线控制器以机

5、器周期为时 间单位， 两者本质上是一样的， 1 个机器周期和 1 个微指令周期都是从时序 T1 的上 升沿到 T4 的下降沿的一段时间。 在微程序控制流程图， 1 个执行框代表 1 个微指令 周期，而在硬布线控制流程图中，1 个执行框就代表 1 个机器周期。 （3） 设计流程 一条指令最多用四拍完成，即 W1，W2，W3， W4.对于控制台指令，不能用四拍 完成，则用控制台标志 STO 加以区分。按复位按钮 CLR#后，是 STO 复位为 0，当 执行一组 W1，W2，W3， W4 后使 STO 为 1.T1，T2，T3，T4 仍用实验系统的链 4 接。 对于中断，增加一个标志 INTQ1，有

6、中断时则为 1（即按一下控制台上按钮 INTR 时，INTQ1 为 1，无中断时则为 0。数据通路图见下图。 2.22.2 实验过程实验过程（实验步骤、记录、数据、分析） （1） 根据实验要求，设计硬布线控制器流程图（见附录） （2） 根据硬布线控制器流程图，设计信号操作时序表（见附录） （3） 根据设计的硬布线控制器流程图和信号操作时序表，写出源程序 （见附录） （4） 将设计的源程序下载到实验系统的芯片中 （5） 连线，并使用刚刚下载源程序的芯片做实验，测试芯片的功能 另外一些固定接线： M2，M1接GND CER接PC_INC、接LDIR LDAR2接LDAR1 LDDR2接LDDR1 LDP