模型计算机的设计与实现.docx

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 姓 名 学 号 指导教师日 期 一、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，经阿什计算机工作中“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。 二、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： 总框图（数据通路图） ； 微程序控制器逻辑图； 微程序流程图； 微程序代码表； 设计说明书； 工作小结。 三、数据格式与指令系统 1、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 0 符号位 尾 数 2、指令格式 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。 四、设计原理与电路图 总框图： CE CE RAM(256x8) nalu-bus ALU输出缓冲 (74244) WE s3 s2 s1 s0 ALU m AR(74273b) LDAR DR1(74273b) DR2(74273b) LDDR1 LDDR2 PC输出缓冲 (74244) nPC-BUS PC(74163) R0(74374b) LDPC LOAD LDR0 nR0-BUS 输入缓冲 (74244b) 微程序控制器 nsw-bus 时 序产生器 数据输入 IR(74273b) LDIR 微程序控制器的逻辑图： （ （3）电路图： a、 时序发生器： b、微程序控制器： c、 运算器： 五、微程序流程图、代码表 （1） 微程序流程图 IN ADD 运行微程序 01 PC→AR PC+1 02 RAM →BUS BUS→ IR 10 P(1) STA OUT  JMP 10 SW →R0 01 11 PC→AR PC+1 03 RAM →BUS BUS→ AR 04 RAM → BUS BUS-DR0 05 R0 → DR1 （2）指令格式：01 （2）指令格式： 01 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 S3 S2 S1 S0 M Cn Load CE WE LDR0 LDDR1 LDDR2 12 PC→ AR PC+1 07 RAM →BUS BUS→AR 15 R0→BUS BUS→ RAM 01 13 PC→AR PC+1 16 RAM → BUS BUS →AR 17 RAM →BUS BUS→DR1 25 DR1→ LED 01 14 PC→AR PC+1 26 RAM → BUS BUS→ PC 01 选择运算器运算模式 打入 RAM PC 片选 RAM 打入 打入 打入写入 R0 R1 R2 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 LDIR LDPC  LDAR  AL→ BUS PC → BUS R0 → BUS SW → BUS 开关内  P（1） UA4 UA3 UA2 UA1 UA0 打入IR PC+1 容 判 别字 下一微指令地址 PCR0 PC R0 打入 运算 器结 内 容 内 容 AR 果送 送 送 总线 总 总 线 线 （3）代码表： 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 8 7 6 5 4 3