计算机组成原理课程设计报告总结计划.docx

南通大学计算机科学与技术学院 计算机组成原理课程设计 报 告 书 课 题 名 模型计算机的设计与实现 班 级 计 123班 姓 名 流星雪雨 学 号 指导教师 顾辉 日 期 目录 1 设计目的 0 2 设计内容 0 3 设计要求 0 4 数据格式与指令系统 1 数据格式 1 指令系统 1 设计原理与电路图 ( 包括总框图、微程序控制器的逻辑图、电路图 和封装图 ) 2 总的逻辑框图： 2 微程序控制器： 3 地址转移逻辑图 3 微程序控制器逻辑图 4 PC 计数器 4 时序产生器 4 总的逻辑组成图（运算器和存储器不再说明）： 5 逻辑图及波形文件 5 初始化数据 5 6 微程序流程图、代码表 6 微程序流程图： 6 代码表： 6 7 系统调试情况 7 8 设计总结与体会 8 9 参考文献 9 设计目的 1．融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机 系统各模块的工作原理及相互联系的认识， 加深计算机工作中 “时间 空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。 2．学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，培养科学研究的独立 工作能力，取得工程设计和调试的实践和经验。 设计内容 1．根据给定的数据格式和指令系统，设计一台微程序控制的模型计 算机。 2．根据设计图，在 QUARTUS II环境下仿真调试成功。 3．在调试成功的基础上，整理出设计图纸和相关文件，包括： 1）总框图（数据通路图） ； 2）微程序控制器逻辑图； 3）微程序流程图； 4）微程序代码表； 5）设计说明书及工作小结。 设计要求 1）对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量； 2）设计总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指令系统所要求的数据通路都能实现， 并满足技术指标的要求； 3）检查全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号； 4）检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。 以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。 数据格式与指令系统 数据格式 数据字规定采用定点整数补码表示法， 字长 8 位，其中最高位为符号 位，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 符号位 尾 数 指令系统 本实验设计使用 5 条机器指令，其格式与功能说明如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 IN 0 0 1 0 0 0 0 0 ADD 0 1 0 0 0 0 0 0 A STA 0 1 1 0 0 0 0 0 A OUT 1 0 0 0 0 0 0 0 A JMP 1 0 1 0 0 0 0 0 A IN 指令为单字长（字长为 8bits ）指令，其功能是将数据开关的 8 位数据输入到 R0寄存器。 ADD 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数 地址，其功能是将 R0 寄存器的内容与内存中地址为 A 的数相加，结 果存放在 R0寄存器中。 STA 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数 地址，其功能是将 R0 寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内 存单元中。 OUT 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数 地址，其功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出 到数据总线，显示之。 JMP 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数 地址，其功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。 5 设计原理与电路图 ( 包括总框图、 微程序控制器的逻辑图、 电路图和封装图 ) 总的逻辑框图： 通过这个逻辑框图，可以看出整个模型机的设计主要是微程序控制器， PC 计数器，时序产生器三个部分，然后再结合前面的设计好的控制器和存储器的部分，就可以设计好这个模型机的逻辑图。微控制信号说明： nROM_BUS：ROM数据输出到总线控制信号，低电平有效。 nRAM_BUS：RAM数据输出到总线控制信号，低电平有效。 m：加、减法选择控制信号，为 1 做加法，为 0 做减法。 nSW_BUS：数据输入到总线控制信号，低电平有效。 LDN：PC置数控制信号，低电平有效。 nCS：RAM片选信号。（此信号的有效值根据所用 RAM器件特性来定） WE：RAM写信号，高电平时做写操作。 LDR0：数据打入 R0锁存控制信号，脉冲上升沿有效。 LDDR1：数据打入 R1 锁存控制信号，脉冲上升沿有效。 LDDR2：数据打入 R2 锁存控制信号，脉冲上升沿有效。 LDIR：数据打入 IR 锁存控制信号，脉冲上升沿有效。 LDPC：数据打入 PC锁存控制信号，脉冲上升沿有效。 LDAR：数据打入 AR控制信号，脉冲上升沿有效。 nALU_BUS：运算器 ALU结果输出到总线控制信号，低电平有效。 nPC_BUS，