一台模型计算机的设计与调试

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1、课程设计题目：一台模型计算机的设计与调试一.设计目的：1、融会贯通教材各章的PJ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-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，取得工程设汁和调试的实践和经验。二.设计任务：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QUARTUSII环境下仿真调试成功。3、在调试成功的基础上，整理出没计图纸和相关文件，包拈：(1)总框图(数据

2、通路)；(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.设计的数据格式和指令系统：1、数据格式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：76543210INADDSTAOUTJMP0010000001000000A01100000A10000000A10100000A7654320符号位尾数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:说明：IN指令功能是将数据开关的8位数裾输入到R0寄存器。ADD指令功能是将R0寄存器的内容与闪

3、存中地址为A的数相加，结果存放在R0寄存器中。STA指令功能是将R0寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单乂中。OUT指令功能是将内存巾以第二个字为地址的内存单元中的数裾读出到数裾总线，并显示。JMP指令功能足程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。四、总体设计：1、总体设计的主要任务是选定所用器件，设计指令流和数据流的数据通路，根据指令系统的要求，总体设计的主要步骤如下：(1)对指令系统屮的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量；(2)设计总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初

4、步确定数裾通路，使得由指令系统所耍求的数据通路都能实现，并满足技术指标的耍求：(3)检查全部指令周期的操作序列，确定所需耍的控制点和控制倍号：(4)检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。2、模型机的数据通路图如下：五、微程序控制器:1、微指令格式：23222120191817161514131211S3S2S1S0MCnLoadCEWELDROLDDR1LDDR2LDIR选择运算器运算模式打入PCRAM片选RAM写入打入R0打入R1打入R2打入1R10987654321

5、0LDPCLDARAL-*BISPC-*BUSR0-BISsw->BISP(1)t'A4UA3UA2UA1UAOPC+1打入AR运算器结果送总线1销容送总线RO内容送总线开关内容送总线判别字下-•微指令地址说明：微指令长度为24位，据此町以确定控制存储器的字长也应为24位。微指令格式确定盾，微程序的横向设计在于正确选择数椐通路，纵向设计在于确定活继微指令地址。纵向设计的通常做法足先确定微程序分支处的微地址，因为微稈序分支处需要进行判别测试，这些微地址确定后，就可以在“微地址表”中把相应的微地址单元填进去，以免后面的设计中重复使用，以致

6、造成设计错误。当拟定“取指”微指令吋，该微指令的判别测试字段应指明p(l)测试。“取指”微指令足所冇微程序都使用的公用微指令，p(l)测试的结果导致微程序出现多路分支。在本模型机中，只拟设计5条机器指令，故用指令寄存器的前3位(TR7-TR5)作为测试条件，微程序可以实现8路转移，我们只用到前5路。分支后的微地址分别定为OlOOlB-OllOlBo2、微程序控制器基木原理图：运行P程序说明：数裾通路图一旦确定，指令流与数裾流的通路也就确定了，因而运算器和控制器的大部分结构也就确定下来了。数据通路阁中各功能器件上标住的控制点及控制信号，

7、就是微程序控制器设计的依裾。3、微程序流程图:01RAM-BUSBUS—AR04V01PC-ARPC+I02RAM一BUSRAM->BUSBUS-DRO‘05RO-DRIRAM一BUSRAM一BUSRAM-BUSBUS一ARBUS-ARBUS一PC各15R(卜BUSRAM-BUS01BUS->RAMBUS->DR101士25DR1-LED0106(DR1)+(DR2)-RO五条桁令的微程序流程阁4、微程序代码表:微地址s3s2sis0mcnloadceweLDROLDDR1LDDR2LDIRLDPCLDARnALU-BIS761)(1

8、)uA4—uAO000000101000000101010()0001()100001000000001111100001002000010010000100100101000()30000100100000011000