8位模型机课程设计.doc

xxxxx 课程设计报告 学 院 机电信息学院 课 程 课程设计 专 业 计算机科学与技术 班 级 xxxxx 姓 名 xxxxxxx x 学 号 xxxxxxxxxx 指导教师 xxxxxx 日 期 201x年x月x日  课程 设计 目的 通过课程设计加深对计算机结构及原理的理解。 培养综合分析、设计、开发和调试计算机应用系统的能力。 掌握使用Protues工具软件基本操作。 培养团队协作能力。 课程 设计 要求 设计一台8位模型机。要求包括五大部分。 综合应用所学知识，补充新知识。 先分段完成各部分电路的设计与仿真，然后综合完成整体设计。 撰写课程设计报告。 装订按照学校的统一要求完成。 课程 设计 注意 事项 所有电路图尽可能画在同一张图中，同时注意信号的流向。 注意总体电路图的紧凑和协调，要求布局合理，排列均匀。 要严格遵守学习纪律，遵守作息时间。 要爱护公物，搞好环境卫生。 课程 设计 内容 输入/输出设备的设计与仿真。 运算器的设计与仿真。 存储器的设计与仿真。 微控制器的设计与仿真。 基本模型机的设计与仿真。  课程 设计 简要 操作 步骤 画出电路原理图。 设置仿真环境。 调试与仿真。 总结。 课程 设计 心得 体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关计算机组成原理方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次思考与检查终于找出了问题所在，这也暴露出前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手，是我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 课程 设计 评语 及 成绩 评 语 成 绩 指导 教师 （签名） 日期： 目录 1.概述 1 2.总体设计 2 3.详细设计 4 3.1 运算器 4 3.2 存储器 7 3.3 微控制器 10 3.4 基本模型机设计与实现 14 4. 总结 22 参考文献 23 8位模型机的设计与仿真 1.概述 在掌握部件单元电路设计与仿真的基础上，进一步将其组成系统构造一台8位模型机。字长是8位纯整型，包含基本的五大件：运算器、存储器、控制器、I/O设备。它的结构框图如下图1-1所示. CPU 图1-1 模型机结构框图 这基本的五大件通过数据总线连接，实现数据的处理和控制。 部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而综合实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 总体设计 模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图2-1所示。 图2-1 模型机结构图 在图2-1中T1、T2、T3和T4等控制信号都是由时序产生器生产，时序产生器由时序电路实现如图2-2所示，时序产生器一个周期中产生四个脉冲信号T1~T4，这四个脉冲信号用于控制组件的执行顺序，组件在这些信号的控制下有序的执行，一个周期中完成一条微指令的执行。 图2-2 时序产生器 模型机的工作过程可以归纳如下： 控制器把PC中的指令地址送往地址寄存器AR,并发出读命令。存储器按给定的地址读出指令，经由存储器数据寄存器MDR送往控制器，保存在指令寄存器IR中。 指令译码器ID对指令寄存器IR中的指令进行译码，分析指令的操作性质，并由控制电路向存储器、运算器等有关部件发出指令所需要的微命令。 (3) 当需要由存储器向运算器提供数据时，控制器根据指令的地址部分，形成数据所在的存储单元地址，并送往地址寄存器AR，然后向存储器发出读命令，从存储器中读出的数据经由存储器数据寄存器MDR送往运算器。 (4) 当需要由运算器向存储器写入数据时，控制器根据指令的地址部分，形成数据所在的存储单元地址，并送往存储器地址寄存器AR，再将欲写的数据存入存储器数据寄存器MDR，最后向存储器发出写命令，MDR中的数据即被写入由MAR指示地址的存储单元中。 (5) 一条指令执行完毕后，控制器就要接着执行下一条指令。为了把下一条指令从存储