采用微程序控制器的CPU设计.docVIP

计算机组成原理课程设计报告

题目采用微程序控制器的CPU设计

姓名

学号

指导老师

成绩

2013年

目录

1.课程设计目的与要求 3

2.开发工具选择 3

3.设计方案选择 3

4．指令系统设计 4

5.模型机总体结构设计 4

6.指令流程设计 6

7.微指令格式设计 7

8.微程序流程设计 7

9.微程序的编写 8

9.VHDL实现 9

10.调试仿真 14

11.课程设计回忆总结 19

参考文献 19

课程设计目的与要求

1〕课程设计目的:

①融会贯穿计算机组成原理课程各章教学内容，通过知识的综合运用，加深对CPU各模块工作原理及相互联系的认识，建立计算机整机的概念。

通过对一个简单模型机的设计，到达对计算机的根本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的理解，加深对理论课程的理解。

学习运用大容量可编程器件开发技术，掌握设计和调试的根本步骤和方法。

培养独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。

课程设计要求：

设计一台微程序控制的模型计算机

①拟定指令系统〔含机器指令的字长、格式、寻址方式及指令的种类等〕

②设计数据通路，给出模型机中所含的部件及其间的连接，以及信息在数据通路中传送时所需的微命令。

设计微程序的流程图

设计微指令

编写微程序

使用VHDL编码，仿真检测实验的功能是否到达设计要求

撰写课程设计报告，要求报告中所规定的图文齐全、符合要求、结构合理，能对实验中出现的问题进行分析及给出解决的方法。

开发工具选择

以TEC-CA教学实验系统为平台，采用硬件描述语言VHDL为设计工具，应用QUARTUSⅡ5.1环境进行大规模集成电路的功能设计仿真。

设计方案选择

1)总线宽度：该模拟机仅有一条总线，且总线宽度为8位。

2〕存放器：所有的存放器的位数均为8位：

通用存放器R：该模拟机有1个通用存放器，用于存放器寻址时存放结果，提供操作数。

指令存放器IR：为了提高取指令的速度，将指令从内存中读出，经数据总线直接置入IR。

数据存放器MDR、地址存放器MAR：地址存放器MAR提供访问主存的地址；数据存放器MDR，把从内存取出的数据暂存于MDR中，在用到该数据进行运算时，再从MDR中取出数据进行运算。

程序计数器PC：用于存放下一条指令的内存地址。

3〕ALU可以实现8位操作数的运算，即ALU的位数为8位，ALU运算功能为：加、减、逻辑与、逻辑或、条件转移

4〕数据通路

PC

PC

R

IR

微程序

控制器

控制信号

ACC

MDR

RAM

MAR

ALU

Flags

4．指令系统设计

1〕字长：固定字长8位

2〕指令格式：

操作码〔3位〕

标志位〔1位〕

地址码〔4位〕

3〕操作码的位数：3位，最多有8条指令

000

load

001

store

010

add

011

sub

100

and

101

or

110

bne

4)寻址方式：直接寻址和存放器间接寻址

load7:：将7单元的数据装入ACC存放器中。机器指令为00000111

store8：将ACC存放器中的数据存入8单元中。机器指令为00101000

add9:：将ACC存放器中的数据与9单元中的数据相加，结果存入ACC存放器中。机器指令为01001001

sub[R]：将ACC存放器中的数据与R存放器中数据相减，结果存入ACC存放器中。

and10：将ACC存放器中的数据与10单元中的数据相与，结果存入ACC存放器中。机器指令为10001010

or11：将ACC存放器中的数据与11单元中的数据相或，结果存入ACC存放器中。机器指令为10101011

ben12：条件转移指令，如果Z_FLAG标志为0，那么程序执行顺序发生转移，转向地址为12单元中的内容。机器指令为11001100

对于双操作数指令，其中一个操作数为指令中指定的存储单元中的数据，另一操作数隐含为ACC。

5.模型机总体结构设计

移位器

移位器

ALU

选择器B

选择器A

R0……R3

C、D

PC、SP

R0……R3

C、D

PSW、MDR

选择控制

功能控制

移位控制

内总线

R0

R1

R2

R3

C

D

MAR

MDR

IR

PC

SP

PSW

C0

CPR0

CPR1

CPR2

CPR3

CPC

CPD

CPPSW置入

SPSP

CPPC

SIR

CPMDRSMDRW

CPMAREMAR

地址总线

数据总线

控制总线