[工学]四指令RSIC-CPU的设计.doc

学 号 EDA技术及应用 设计说明书 起止日期： 年 月 日 至 年 月 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 2013年月日  课程设计任务书 2012 —2013 学年第 1 学期 计算机与信息工程 学院 电子信息工程 专业 课程设计名称： EDA技术及应用 设计题目： 四指令RSIC-CPU设计 完成期限：自 2012 年 12月 31 日至 2013 年 1 月 4 日共 1 周 一．设计 在掌握常用数字电路原理和技术的基础上，利用EDA技术和硬件描述语言，EDA开发软件（QuartusⅡ）和硬件开发平台（达盛试验箱CycloneⅡFPGA）进行初步数字系统设计。 二．设计 用状态机设计实现一个有“读入A”，“A输出”，“加法（输入+A）”，“等待”4条指令的8位CPU，实现连续10个数据加法后输出，输出接至数码管显示运行结果：提示：输入输出数据都经过累加器A，运算器就是加法器，结果存于A，缓冲器B暂存结果。扩展设计：实现这4个指令的任意组合。 三．设计要求 课程设计说明书封面格式见《天津城市建设学院课程设计教学工作规范》附表1 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。 课设说明书要求： 说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程。 系统框图、VHDL语言设计清单或原理图。 对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。 说明测试结果：仿真时序图和结果显示图。并对其进行说明和分析。 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 年 月 日 目录 第一章：设计背景及要求 1 1.1 RSIC-CPU的简介 1 1.2 设计要求 2 第二章：设计原理及总体方案 3 2.1 RISC-CPU 基本架构 3 2.2四指令RSIC-CPU设计方案 5 第三章：RISC-CPU的各个模块 7 3.1 时钟发生器 7 3.2 指令寄存器 7 3.3 累加器 8 3.4 算术运算器 8 3.5 数据控制器 9 3.6 地址多路器 9 3.7 程序计数器 10 3.8 状态控制器 10 第四章 各模块程序设计 12 4.1 时钟发生器程序 12 4.2 指令寄存器程序 14 4.3 累加器程序 14 4.4 算术运算器程序 15 4.5 数据控制器程序 16 4.6 地址多路器程序 16 4.7 程序计数器程序 16 4.8 状态控制器程序 17 第五章 仿真设计及结果 22 5．1 时钟发生器仿真图 22 5．2 指令寄存器仿真图 22 5.3 累加器仿真图 23 5.4 算术运算器程序仿真图 23 5.5 数据控制器仿真图 24 5.6 地址多路器仿真图 24 5.7 程序计数器程序仿真图 25 5.8 状态控制器仿真图 25 5.9 模块综合图 26 第六章：总结及体会 27 第一章：设计背景及要求 1.1 RSIC-CPU的简介 集成电路（Integrated Circuit,IC）是电子电路，但它又不同于一般意义上的电子电路，它把成千上万的电子元件包括晶体管、电阻、电容甚至电感集成在微小的芯片上。正是这种奇妙的设计和制造方式使得集成电路为人类社会的进步创造了空前的奇迹，它不仅给人类的生产建设和科学研究带来了巨大便利，而且也彻底改变了人类文明和人们日常生活的面目，可以毫不夸张地说，现今每个人生活的方方面面或多或少都和集成电路有关。CPU 作为集成电路的高端产品，随着半导体工艺水平的发展，遵守摩尔定律发展规律，CPU 性能每过 18 个月就会翻一番。CPU 从最初发展至今已经有几十年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU 可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器。CPU 是 Central Processing Unit－－中央处理器的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器和控制器组成，其内部结构归纳起来可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调，便可以进行分析，判断、运算并控制计算机各部分协调工作。现代计算机体系结构不再着重于设计计算机中各个部件，而是“向上”与对应的指令集、编译码和操作系统更加紧密地结合在一起，“向下”与更加先进的芯片结构设计和设计方法结合在一起。VLSI 的设计“向上”更高层次发展，计算机的设计同时“向下发展”，两者发展的领域越来越近，甚至在很多方面交叠在一起。计算机体系结构中的一个根本性的变革是 RISC