课程设计-基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现.doc

课 程 设 计 报 告 题目：基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现 课程名称： 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 同组人员： 试验台号： 完成时间： 报告日期： 计算机科学与技术学院 目 录 1 课程设计概述 1 1.1 课设目的 1 1.2 设计任务 1 1.3 设计要求 1 2 实验原理与环境 2 2.1 实验原理结构图 2 2.1.1 功能结构图 2 2.1.2 中央处理器的功能 2 2.1.3 中央处理器的组成 3 2.2 实验环境 4 3 模块设计方案 5 3.1 实验分析 5 3.2 数据通路图 5 3.3 模块设计 6 3.2.1 主存储器 6 3.2.3 控制存储器 7 3.2.3 运算器和寄存器 9 3.2.4 程序计数器 11 3.2.5 总体设计 12 4 微指令设计 14 4.1 机器指令设计 14 4.2 微指令设计 14 4.3 微程序设计 14 4.4 指令流程图 15 4.4.1 取指公操作 16 4.4.2 立即数加 17 4.4.3 直接寻址加 17 4.4.4 直接寻址减 18 4.4.5 回存 19 4.4.6 无条件跳转 20 4.4.7 有条件跳转 20 4.4.8 非 21 4.4.9 与 22 4.4.10 异或 22 4.4.11 SHL 24 4.4.12 LOAD 24 4.5 芯片控点设计 25 5 实验过程与调试 27 5.1 主要故障与调试 27 5.1.1 395载入失败 27 5.1.2 6116中存储数据被改变 27 5.1.3 2816中存储数据被改变 27 5.1.4 193计数器跳转出问题 28 5.1.5 193自加时的毛刺 28 5.2 功能测试 28 5.3 实验流程 30 6 设计总结与心得 31 6.1 课设总结 31 6.1.1 方案总结 31 6.1.2 功能总结 31 6.1.3 未实现功能总结 31 6.2 课设心得 31 参考文献 33 附录 部分芯片介绍 34 1 课程设计概述 1.1 课设目的 计算机组成原理是计算机专业的核心基础课。本课程力图以“培养学生现代计算机系统设计能力”为目标，贯彻“强调软/硬件关联与协同、以CPU设计为核心/层次化系统设计的组织思路，有效地增强对学生的计算机系统设计能力的培养”。课程设计是学完该课程并进行多个单元实验后，综合利用所学的理论知识，并结合在单元实验中所积累的计算机部件设计和调试方法，设计出一台具有自己指令系统的简单计算机系统。所设计的系统能在基于EDA的实验平台上运行一段程序，通过检查程序结果的正确性来判断所设计计算机系统正确性。 课程设计属于设计型实验，不仅锻炼学生简单计算机系统的设计能力，而且通过进行主机系统底层电路的实现、故障分析与定位、系统调式等环节的锻炼，进一步提高了学生分析和解决问题的能力。 1.2 设计任务 课程设计的主要任务是设计一台简单的计算机系统，并调试通过。本组所选用的计算机系统结构是基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现。 完成数据通路设计并验证数据通路功能．确定CPU 的基本结构是采用总线方式还是采用专用通路方式； 完成指定功能的各指令周期流程图(表)和所需要的控制信号。把所有指令的状态进行综合，并归纳成最终需要的若干个状态，画出指令流程的状态图，根据状态图设计状态机； 完成时序列电路设计。通过画出带控制信号的多周期数据通路图，列出 指令译码表，设计控制译码器。最后将控制译码器信号与多周期数据通路图上的控制信号对应相连； 主要技术指标如下： 1) 支持算术运算、逻辑运算、存储器读写、寄存器间数据传送等几类指令。 2) 支持立即数寻址、直接寻址、隐含寻址、寄存器寻址等几种基本的数据寻址方式和顺序寻址、跳跃寻址两种指令的寻址方式。 3) 支持10条以上的指令。 4) 能运行由自己所是设计的指令系统构成的一段程序，程序执行功能正确。 1.3 设计要求 根据课程设计指导书的要求，制定出设计方案； 2) 画出自己所设计计算机系统的原理框图和器件连接图，分析器件连接图中各器件不同引脚的功能，哪些可以固定连接，哪些需要通过微程序来控制，及这些控