計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

計(jì)算機(jī)組成原理一、設(shè)計(jì)目的1．融會(huì)貫通教材各章的內(nèi)容，通過知識(shí)的綜合運(yùn)用，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，加深計(jì)算機(jī)工作中“時(shí)間-空間”概念的理解，從而清晰地建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念。2．學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和調(diào)試計(jì)算機(jī)的基本步驟和方法，培養(yǎng)科學(xué)研究的獨(dú)立工作能力，取得工程設(shè)計(jì)和調(diào)試的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)。二、設(shè)計(jì)步驟1．?dāng)?shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)字規(guī)定采用定點(diǎn)整數(shù)補(bǔ)碼表示法，字長(zhǎng)8位，其中最高位為符號(hào)位，其格式如下：7654321符號(hào)位尾數(shù)2．指令格式本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使用5條機(jī)器指令，其格式與功能說明如下：76543210IN00100000ADD01000000ASTA01100000AOUT10000000AJMP10100000AIN指令為單字長(zhǎng)（字長(zhǎng)為8bits）指令，其功能是將數(shù)據(jù)開關(guān)的8位數(shù)據(jù)輸入到R0寄存器。ADD指令為雙字長(zhǎng)指令，第一個(gè)字為操作碼，第二個(gè)字為操作數(shù)地址，其功能是將R0寄存器的內(nèi)容與內(nèi)存中地址為A的數(shù)相加，結(jié)果存放在R0寄存器中。STA指令為雙字長(zhǎng)指令，第一個(gè)字為操作碼，第二個(gè)字為操作數(shù)地址，其功能是將R0寄存器中的內(nèi)容存儲(chǔ)到以第二個(gè)字為地址的內(nèi)存單元中。OUT指令為雙字長(zhǎng)指令，第一個(gè)字為操作碼，第二個(gè)字為操作數(shù)地址，其功能是將內(nèi)存中以第二個(gè)字為地址的內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總線，顯示之。JMP指令為雙字長(zhǎng)指令，第一個(gè)字為操作碼，第二個(gè)字為操作數(shù)地址，其功能是程序無條件轉(zhuǎn)移到第二個(gè)字指定的內(nèi)存單元地址。數(shù)據(jù)通路圖一旦確定，指令流與數(shù)據(jù)流的通路也就確定了。圖1中各功能器件上標(biāo)注的控制點(diǎn)及控制信號(hào)，就是微程序控制器設(shè)計(jì)的依據(jù)。微指令格式建議采用水平型微指令格式，后繼微地址采用斷定方式。微指令格式如圖2所示。 微指令長(zhǎng)度為22位，據(jù)此可以確定控制存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)也應(yīng)為22位。微指令格式確定后，微程序的橫向設(shè)計(jì)在于正確選擇數(shù)據(jù)通路，縱向設(shè)計(jì)在于確定后繼微指令地址?？v向設(shè)計(jì)的通常做法是先確定微程序分支處的微地址，因?yàn)槲⒊绦蚍种幮枰M(jìn)行判別測(cè)試，這些微地址確定后，就可以在“微地址表”中把相應(yīng)的微地址單元填進(jìn)去，以免后面的設(shè)計(jì)中重復(fù)使用，以致造成設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。 當(dāng)擬定“取指”微指令時(shí)，該微指令的判別測(cè)試字段應(yīng)指明P(1)測(cè)試?！叭≈浮蔽⒅噶钍撬形⒊绦蚨际褂玫墓梦⒅噶睿琍(1)測(cè)試的結(jié)果導(dǎo)致微程序出現(xiàn)多路分支。在本模型機(jī)中，只擬設(shè)計(jì)5條機(jī)器指令，故用指令寄存器的前3位（IR7-IR5）作為測(cè)試條件，微程序可以實(shí)現(xiàn)8路轉(zhuǎn)移，但我們只用到前5路。分支后的微地址分別定為01001B-01101B。微程序流程圖微程序代碼表：當(dāng)前微地址s3S2S1s0mcnloadceWeLDR0LDR1LDR2LDIRLDPCLDARnALU-BUS76P(1)uA4uA3uA2uA1uA02322212019181716151413121110987654321000000000100000010011000001010000000000000110010000100200000001000010000010100003000000010000001000000100040000000100010000000001010500000000001000001000011006100101000100000100000001070000000100000010000101101000000010000001001100111011000000000100000011000001120000000000000110010000111300000000000001100100011114000000000000011001010011150000000000000110010101011600000000000001100000111117000000010000000001001110200000001000000100110100012100000000000001100101001022000000011000000010010001230000000100000010000101002400000001000000000000000125000000110000010000000001260000000110000000100000011位全加器電路原理圖將其封裝成芯片，設(shè)計(jì)8位補(bǔ)碼加/減法運(yùn)算器原理圖地址轉(zhuǎn)移邏輯電路圖上圖信號(hào)說明:swe信號(hào)：總清信號(hào)srd信號(hào)：總清信號(hào)p1信號(hào)：譯碼判別位ad[4]…ad[0]信號(hào)：微地址（控制存儲(chǔ)器地址）ir[7]…ir[5]信號(hào)：操作碼clr信號(hào)：總清信號(hào)t2、t4信號(hào)：節(jié)拍脈沖將地址轉(zhuǎn)移邏輯電路封裝成芯片，設(shè)計(jì)微程序控制器邏輯電路圖，如圖：數(shù)據(jù)通路微控制信號(hào)說明：nROM_BUS：ROM數(shù)據(jù)輸出到總線控制信號(hào)，低電平有效。nRAM_BUS：RAM數(shù)據(jù)輸出到總線控制信號(hào)，低電平有效。m：加、減法選擇控制信號(hào)，為1做加法，為0做減法。nSW_BUS：數(shù)據(jù)輸入到總線控制信號(hào)，低電平有效。LDN：PC置數(shù)控制信號(hào)，低電平有效。nCS：RAM片選信號(hào)，低電平有效。WE：RAM寫信號(hào)，高電平時(shí)做寫操作。LDR0：數(shù)據(jù)打入R0鎖存控制信號(hào)，脈沖上升沿有效。LDDR1：數(shù)據(jù)打入R1鎖存控制信號(hào)，脈沖上升沿有效。LDDR2：數(shù)據(jù)打入R2鎖存控制信號(hào)，脈沖上升沿有效。LDIR：數(shù)據(jù)打入IR鎖存控制信號(hào)，脈沖上升沿有效。LDPC：數(shù)據(jù)打入PC鎖存控制信號(hào)，脈沖上升沿有效。LDAR：數(shù)據(jù)打入AR控制信號(hào)，脈沖上升沿有效。nALU_BUS：運(yùn)算器ALU結(jié)果輸出到總線控制信號(hào)，低電平有效。nPC_BUS，低電平有效。nR0_BUS，低電平有效。數(shù)據(jù)通路邏輯電路圖經(jīng)過調(diào)試，此電路圖無錯(cuò)誤，無警告。運(yùn)行結(jié)果三、設(shè)計(jì)說明及工作小結(jié)1、對(duì)指令系統(tǒng)中的各條指令進(jìn)行分析，得出所需要的占領(lǐng)周期與操作序列，以便確定各器件的類型和