复杂模型机设计 计算机组成原理课程设计

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1、计算机组成原理课程设计任务书班级：学号：姓名：成绩：电子与信息工程学院计算机科学系目录一、设计题目1二、模型机功能概述1三、总体设计23.1模型机结构：23.2微程序控制电路33.3指令译码器电路5四、详细设计64.1数据格式：64.2指令格式：64.3指令系统74.4设计微代码8五、实验代码：10六、实验步骤：126.1实验连线：126.2写微代码：126.3读微代码及校验微代码：146.4写机器指令146.5读机器指令及校验机器指令：156.6运行程序15七、测试源程序及结果分析16八、认识体会16九、参考文献16计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计报告书一、设计题目复杂模型

2、机设计二、模型机功能概述以EL-JY-II计算机组成原理教学实验系统为平台，根据模型机的结构，及内部的指令译码电路、微指令译码电路及微指令格式等设计一套指令系统，指令系统中包括传送类指令、算术运算指令、逻辑运算指令、输入/输出及转移指令；寻址方式包括寄存器寻址、直接寻址及立即寻址等。设计机器指令格式以及微程序，按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序，装载代码到EL-JY-II实验系统中并运行。系统采用“基板+扩展板（CPU板）”形式；系统公共部分如数据输入/输出和显示、单片机控制、与PC机通讯等电路放置在基板上，微程序控制器、运算器、各种寄存器、译码器等电路放置在扩展板上。此模型

3、机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。 1.运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器LDR1，LDR2，及三个通用寄存器Ax，Bx，Cx等组成。 2.控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。 3.存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。 4.输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的。16计算机组成原理课程设计三、总体设计3.1模型机结构：图1中运算器ALU由U7—U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、

4、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13—U15三片2816构成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H—FFH。输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电

5、路可以不用。图1模型机结构框图16计算机组成原理课程设计3.2微程序控制电路微程序控制电路电路中，由三片2816作为24位微程序存储器，EP1K10产生控制逻辑。开关K1、K2、K3的不同组合控制微程序的读、写和运行，六个黄色LED为微地址指示灯。微控器原理如下图（除2816、74LS245和74LS374外，其余芯片功能均由EP1K10实现。不详之处请查阅EP1K10的源程序）。以微程序的运行为例：在T2时刻，将MS24—MS1的24位微程序打入微指令寄存器，然后由译码电路对MS24—MS7进行译码，产生地址寄存器、指令寄存器等等电路的控制信号。MS6—MS1指示下一个微地址，在T3时

6、刻，由机器指令译码器产生的强制微地址信号对MS6—MS1微地址的某几位强行置位，形成下一个微地址输出。微控器的外部接口有：uAJ1、LDRO1、LDRO2、ALU_GOUT、G_299OUT、AROUT、STATUS、AO1、BO1、WEO、WEI、LARI。在读、写微程序时，uAJ1用于从外部输入微地址；LDRO1、LDRO2、ALU_GOUT、G_299OUT、AROUT、STATUS为运算器电路的控制信号，只要将它们接至运算器电路相应的接口上（STATUS接S3—S1MCN）就能实现微程序对运算器的控制。AO1、BO1通常接至底板I/O控制电路的1A1B上，用于外部I/O设备的选通

7、控制。WEO为微控器的读写输出，WEI为外部读写控制电路的输入，控制总线上的WR为外部读写控制电路的输出，其控制电路为：图2控制电路通常将WEO与WEI相连，实现微程序对外部读写的控制。LARI为地址控制器的输入，以下另作介绍。除此以外其他控制信号都已接至相应的控制电路。16计算机组成原理课程设计16计算机组成原理课程设计3.3指令译码器电路指令译码器电路由EP1K10实现，其原理如下图所示。其中P1、P2、P3、P4、LRi、RA