cpu课程设计.ppt

* * 设置顶层文件 * * 编译： * * * * 分配管脚 * * 课 程 设 计 ——My CPU的设计 * * 实验任务： * * 1、自行规定数据格式和指令格式，在所提供的 条件范围内设计一台由微程序控制（也可以用 其他方式如组合逻辑等）的模型计算机。 2、根据设计方案，将模型机调试成功。 3、整理出相关文件。 数据格式和指令系统 总框图 详细电路图 微指令格式和微程序 调试过程和测试结果 （包括测试程序） 调试过程中遇到的问题及解决方案 一、数据格式和指令系统的设计 * * 1、数据格式——8位二进制定点表示 2、指令系统——CPU的指令格式尽量简单规整， 这样在硬件上更加容易实现。 7条基本指令： 输入/输出、数据传送、运算、程序控制 * * 指令格式： 操作码 寻址方式 7 6 5 4 3 2 1 0 有两种寻址方式： ①寄存器寻址 ②直接地址寻址 由于地址要占用一个字节，所以为双字节指令。 操作码 R目 R源 7 6 5 4 3 2 1 0 　操 作 码 R目 R源 　内 存 地 址 * * 7条机器指令： ① IN R目：从开关输入数据到指定的寄存器R目 0 0 0 1 　R目 0 0 ② OUT R源；从指定的寄存器R源中读取数据 送入到输出缓冲寄存器，显示灯亮。 0 0 1 0 0 0 R源 ⑤ ADD R目，R源；将两个寄存器的数据相加， 结果送到R目。 0 1 0 1 　R目 R源 * * ⑦ HALT：停机指令。 0 1 1 1 0 0 0 0 ⑥ JMP address：无条件转移指令 0 1 1 0 0 0 0 0 Address（内存地址） * * ③ LD R目，address：从内存指定单元中取出 数据，送到指定的寄存器R目。 0 0 1 1 R目 0 0 Address（内存地址） ④ ST address，R源：从指定的寄存器R源中 取出数据，存入内存指定的单元。 0 1 0 0 0 0 R源 Address（内存地址） * * 8CPU.gdf CPU001.gdf 二、数据通路设计-文件名8CPU.gdf * * 根据指令系统，分析出数据通路中应包括寄存 器组、存储器、运算器、多路转换器等，采用 单总线结构。 通用寄存器组 * * 运算器 存储器 地址寄存器 * * ←多路转换器 输出缓冲器→ 三、控制器设计 * * 控制通路负责整个CPU的运行控制，主要由控制单元和多路选择器MUX 完成。在每一个时钟周期的上升沿指令寄存器IR 从内存中读取指令字后，控制单元必须能够根据操作码，为每个功能单元产生相应主控制信号，以及对ALU 提供控制信号。对于不同的指令，同一个功能单元的输入不同，需要多路选择器MUX 来对数据通路中功能单元的输入进行选择。 * * 控制器的基本功能： 1、取指令 2、分析指令 3、执行指令 控制器的组成： 1、程序计数器PC * * 2、指令寄存器IR 3、指令译码电路-需自己添加 已经给出的部分译码电路 * * 4、脉冲源及启停控制线路 5、时序信号产生部件 删除图中的M5、M6 * * 得到如下波形： * * 主要工作： 1、编写完微程序； 2、补充译码电路； 2、修改时序电路，使之满足教材要求； 3、修改ROM和RAM； 4、建立RAM.mif中的内容； 5、测试结果与性能分析。 * * * 硬件实验安排 * * 1、短学期2个小实验 每周二上午做1个，每个实验写1份实验报告，2人一组。 2、长学期1个大实验 从第2周开始，每周三下午到实验室做实验，第11周结束，第14周交实验报告。 * * 实验地点：电工中心五楼 实验台：JQ-CE2 使用软件：QuartusII 实验要求： 1、每周实验课必须到实验室做实验； 2、实验自己独立完成，请记录实验过程和实验中遇到的问题，最终体现在实验报告中； 3、每个班选一名课代表，负责点名、收发器件和收实验报告。 * * 4、每个学生一个文件夹，用学号或姓名作为 文件夹名，里面包含： “总线、半导体静态存储器”实验报告； “运算器数据通路”实验报告； “CPU课程设计”的电路图，仿真波形图，实验报告。 请每个同学将电子版文件夹和三个实验的纸质报 告交给课代表，四个班的电子版文件夹按班级存 放，刻在一张光盘上交上来。 * * 实验分值： 1、两个小实验，每个10分，需独立完成；若实验报告抄袭，作零分记。 2、平时成绩10分。 3、大实验70分，需独