计算机组成原理一台模型计算机的设计.docxVIP

计算机组成原理课程设计 一台模型计算机的设计 一、 教学目的、任务与实验设备 教学目的 融会贯通本课程各章节的内容，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“时间一空间”概念的理解 ，从而清晰地建立计 算机的整机概念。 学习设计与调试计算机的基本步骤与方法 ，提高使用软件仿真工具与集成电路的基本 技能。 培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践与经验。 2?设计与调试任务 按给定的数据格式与指令系统 ，在所提供的器件范围内，设计一台微程序控制的模型 计算机。 根据设计图纸，在MAX+PLUS平台上进行仿真，并下载到EL教学实验箱上进行调试 成功。 在调试成功的基础上，整理出设计图纸与其她文件。 包括:①总框图(数据通路图)；②微 程序控制器逻辑图：②微程序流程图；④微程序代码表；⑤元件排列图(或VHD程序清单);@设 计说明书；⑦调试小结。 实验设备 PC机一台 EL教学实验箱 MAX+PLUS H配套软件 二、 数据格式与指令系统 本模型机就是一个 8位定点二进制计算机，具有四个通用寄存器：R。?R，能执行11条指 令，主存容量为256KB 数据格式 数据按规定采用定点补码表示法 ，字长为8位，其中最高位(第7位)为符号位，小数点位置 定在符号位后面，其格式如下： 数值相对于十进制数的表示范围为7 : 6 5 4 3 2 1 ° 符号 2.指令格式及功能由于本模型机机器字只有8 2.指令格式及功能 由于本模型机机器字只有 8位二进制长度，故使用单字长指令与双字长指令。 ⑴ LDR Ri，D 格式 ° ° ° ° Ri 不用 D 1 4 3 2 1 ° Ri — M(D) Ri — M(D) ° ° ° 1 Ri 不用 D 1 4 3 2 1 ° 功能: (2) STR Ri，D 格式 功能: M(D)—(Ri) (3) ADD Ri,Rj 格式 7 4 3 2 1 0 0 0 1 0 Ri Rj 功能： Ri — (Ri) + (Rj) SUB Ri,Rj 格式 7 4 3 2 1 0 0 0 1 1 Ri Rj 功能: Ri — (Ri) - (Rj) AND Ri,Rj 格式 7 4 3 2 1 0 0 1 0 0 Ri Rj 功能: Ri — (Ri) A (Rj) OR Ri,Rj 格式 7 4 3 2 1 0 0 1 0 1 Ri Rj 功能: Ri — (Ri) V (Rj) MUL Ri,Rj 格式 7 4 3 2 1 0 0 1 1 0 Ri Rj 功能: Ri — (Ri) x (Rj) 转移指令 格式 7 4 3 2 1 0 0 1 1 1 条件 不用 D 功能: 条件码00 无条件转移 PC —D 01 有进位转移 PC —D 10 结果为0转移 PC —D 11 结果为负转移 PC —D ⑼ IN R,Mj 格式 7 4 3 2 1 0 1 0 0 0 Ri Mj 其中M j为设备地址，可以指定四种外围设备，当M j=01时,选中实验箱的二进制代码开 关。功能： R — ( M j) ⑽ OUT R, Mj Ri格式 7 4 3 2 1 0 Ri Mj 当Mj=10时,选中实验箱的显示灯。功能： (M j)J Ri (11) HALT(停机指令) 格式 7 4 3 2 1 0 1 0 0 0 不用 不用 功能： 用于实现停机。 三、总体设计 总体设计的主要任务就是 选定CPU中所使用的产要器件； 根据指令系统、选用的器件与设计指标 ，设计指令流的数据通路; 根据指令系统、选用的器件与设计指标 ，设计数据流的数据通路。 计算机的工作过程，实质上就是不同的数据流在控制信号作用下在限定的数据通路中进 行传送。数据通路不同，指令所经过的操作过程也不同 ，机器的结构也就不一样，因此数据通路 的设计就是至关重要的。所谓数据通路的设计 ，也就就是确定机器各逻辑部件相对位置的总 框图。 数据远路的设计，目前还没有非常标准的方法。主要就是依据设计者的经验 ，并参考现有 机器的三种典型形式(单总线、双总线或三总线结构),根据指令系统的要求，可采用试探方法 来完成。其主要步骤如下： 对指令系统中的各条指令进行分析 ，得出所需要的指令周期与操作序列 ，以便决定 各器件的类型与数量。 构成一个总框图草图，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 由指令系统所包涵的数据通路都能实现 ，并满足技术指标的要求。 检验全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点与控制信号。 检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路。 以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。 图1给出了一个没有考虑乘法除法指令操作的总框图参考方案 ，注意，在此方案确定之后，