模型计算机的设计与实现.doc

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：（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；（6）工作小结。三、数据格式与指令系统1、数据格式76 5 4 3 2 1 0符号位尾 数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：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 6543210IN0 0100000ADD01000000ASTA01100000AOUT10000000AJMP10100000AIN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（1）总框图：（2）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） 微程序流程图运行微程序01PC+1PCAR02RAMBUSBUSIR10P(1)STAADDJMPOUTIN14121311PCARPCARPCARPCAR10PC+1PC+1PC+1PC+1SWR026160703RAMBUSRAMBUSRAMBUSRAMBUS0117BUSPCBUSARBUSARBUSAR01RAMBUS1504BUSDR1BUSRAMR0BUSBUS-DR0RAMBUS2505R0DR1DR1LED010601(DR1)+(DR2)R001（2）指令格式：23 22 21 2019 18 17 16 15 14 13 12 S3 S2 S1 S0M Cn LoadCE WE LDR0LDDR1LDDR2 选择运算器运算模式 打入PC RAM 片选RAM 写入打入R0 打入R1 打入 R2 11109 8 7 654 3 2 1 0 LDIR LDPCLDAR AL BUS PC BUS R0BUS SW BUS P（1）UA4UA3UA2 UA1 UA0打入IRPC+1 打入 AR 运算器结果送总线PC内容送总线 R0内容送总线开关内容送总线判别字下一微指令地址 （3）代码表：当前微地址s3S2S1s0mcnloadceWeLDR0LDR1LDR2LDIRLDPCLDARnALU-BUS76P(1)uA4uA3uA2uA1uA0232221201918171615141312111098765432100000000010000001001100000101000000000000011001000010020000000100001000001010000300000001000000100000010004000000010001000000000101050000000000100000100001100610010100010000010000000107000000010000001000010110100000001000000100110011101100000000010000001100000112000000000000011001000011130000000000000110010001111400000000000001100101001115000000000000011001010101160000000000000110000011111700000001000000000100111020000000100000010011010001210000000000000110010100102200000001100000001001000123000000010000001000010100240000000100000000000000012500000011000001000000000126000000011000000010000001六、系统调试情况（1） 测试结果（波形图）：（2）主要问题和解决办法：1、在所有模块设计完毕开始进行编译时，提示“IR”输入端缺少信号，经检查发现是因为此模型计算机为单总线结构，输入信号和输出信号均通过该总线进行传输，故产生了冲突，使信号不能到达“IR”，后在存储器RAM后添加一个“74244”模块，使信号在进入总线进行传输前先通过“74244”进行一个缓冲，同时“74244”也有三态门的作用，从而使得总线上无信号冲突，“IR”无输入信号的问题得以解决。2、总线的命名如果不准确的话也会导致编译不能成功，这也是在验收时编译失败的原因七、设计总结与体会这次课程设计的要求是设计一台微程序控制的模型计算机。在之前的学习中，我们已经完成了一部分模块的设计，所以这次实验的主要设计任务在于微程序控制器的设计上，需利用地址转移逻辑来实现指令的跳转，从而使其能执行完所有的指令。通过这次实践，我发现要具体地实现某一项设计，除了