模型计算机的设计与实现.doc

X X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 2010.1.4 ～ 2010.1.8 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 7 6 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 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 （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： 数据通路： 五、微程序流程图、代码表 微程序流程图 （2）指令格式： 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 S3 S2 S1 S0 M Cn Load CE WE LDR0 LDDR1 LDDR2 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 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 LDIR LDPC LDAR AL→ BUS PC→ BUS R0→ BUS SW→ BUS P（1） UA4 UA3 UA2 UA1 UA0 打入IR PC+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 s3 S2 S1 s0 m cn load ce We LDR0 LDR1 LDR2 LDIR LDPC LDAR nALU-BUS 7 6 P(1) uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1