原理课程设计2010.ppt

* * * 计算机组成原理课程设计 课设安排 星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 19周 1-8 1-8 1-8 1-8 1-8 20周 1-8 1-8 1-4 地点：信北502时间： 交报告时间：20周周三上午 第一节 课程设计的目标和要求 一、课程设计的目标 利用所学的理论知识，真实地进行计算机整机系统模型机的设计，并且在EDA平台上，完成设计的实现，使理论与实践相结合，从而进一步加强分析问题、解决问题的能力，提高自身硬件设计水平。 开发平台：QuartusⅡ 二、课程设计的要求 计算机整机系统模型机总体结构的设计 设计出模型机的数据通路、控制信号（微命令） 完成该机的指令系统的设计 拟定各条机器指令的指令流程及相应微操作命令 在相应时序系统的配合下，组成能够产生使机器 自动运行的控制信号（微操作命令）的控制部件 设计出的模型机在机器加电、产生频率稳定的主 振信号后，能够自动地、连续地执行存储在主存 （RAM）中的程序 查验程序运行时所保存的每条指令的运行结果波 形图文件中的内容，验证机器设计的正确性 首先进行计算机整机系统模型机数据通路的设计。在此基础上，进行微操作命令的设计。根据信息在数据通路中流动、读取及存储的需要，设计出相应的各种微操作命令。 例：单总线8位模型机总体结构数据通路图如下： 第二节 计算机整机系统总体结构设计 第三节 计算机整机系统所需部件设计 对于不具备三态输出的所有器件都采用三态门来隔离总线 一、时序发生器的设计 例：对于用微程序设计来实现控制部件的模型机而设计出的时序发生器如下： 时序发生器（timer）提供一个微周期中的八个电平及脉冲型控制信号，可供整机设计时使用。 二、程序计数器的设计 三、存储器功能部件的设计 四、运算器功能部件的设计 五、通用寄存器组的设计 六、总线暂存器的设计 第四节 指令系统设计 一、模型机指令代码格式的设计 模型机指令代码格式可以采用类似8086/8088指令代码格式的可变长字节的指令代码格式。 例如，双操作数、单字节指令的代码格式如下图： 7 43 21 0 操作码 DEST SRC 其中：DEST为目的地址，SRC为源地址。 二、操作码结构的设计 模型机指令系统中，应包含传送类指令、算术/逻辑 运算类指令、转移类指令、停机指令等相应指令。 操作码位数的设计可以根据指令条数等需求综合而定 例如，需要设计16条指令，则操作码字段可以设计为 4位，即可以设计有16种不同的操作。 三、地址码结构的设计 根据要实现的指令功能，设计相应的地址码字段。 进行寻址方式的设计。根据各条指令实现的不同功 能，设计出相应的各操作数的寻址方式。 四、指令操作码助记符与机器指令代码 要求设计出指令操作码助记符与机器指令代码的对应关系表。 例如，具有四位操作码的指令助记符对应设计如下： 指令助记符 机器指令代码 指令功能 HALT 0000 停机 MOV 0001 数据传送(寄存器到寄存器间) MOV 0011 数据传送(立即数到寄存器间) ADD 1001 加法(寄存器与寄存器内容相加) 第五节 微指令与控制信号的设计 以微程序控制部件设计方法为例 一、 微指令的设计 微指令编码方式的设计 微指令的编码方法，常用的有直接控制编码法（即：不译码法）、分段直接编译法及分段间接编译法等方法。 在微程序执行过程中，把每条微指令中表示各个微命令被选用或不选用的（“1”或“0”）信号，与时序系统产生的电平、脉冲信号相配合，形成模型机数据通路中的各个控制信号（微操作命令），以控制整个机器的运行。 微程序的顺序控制方式的设计 微程序的顺序控制是为了解决当前微指令执行结束后，如何控制产生后继微指令地址的问题。 1微程序入口地址的形成 公共的“取机器指令”微程序存放到控制存储器（CM）的0号单元开始的一段控存（CM）空间中。 根据IR中机器指令的操作码来形成该机器指令所对应的一段微程序的入口地址（例如，可以把操作码作为微程序入口地址的高几位或低几位等）。 2后继微地址的形成 在微程序执行过程中，主要包括顺序执行和转移执行两种状态。设计一个微程序计数器（?PC）,使其具有自加1及接收转移地址的功能