计算机组成原理-简单模型机设计课设

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1、摘要2前言3正文4一、设计目的和设计原理41.1设计目的41.2设计原理4二、总体设计7三、详细设计83.1运算器的物理结构83.2存储器系统的组成与说明113.3指令系统的设计与指令分析123.4微程序控制器的逻辑结构及功能143.5微程序的设计与实现18四、系统调试27总结29参考文献30致谢31根据设计任务书要求，本设计要实现完成一个简单计算机的设计，主要设计部分有运算器，存储器，控制器以及微指令的设计。其屮运算器由运算芯片和寄存器来完成，存储器由总线和寄存器构成，使用硬布线的方式实现控制器，从而完成设计要求。■关键词：基本模

2、型机的设计；运算器；存储器；控制器；计算机组成原理是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解，增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让

3、计算机有条不紊的工作。一、设计目的和设计原理1.1设计目的融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，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，特别是对硬连线控制器的认识,建立清晰的整机概念。对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基木模型计算机。1.2设计原理(1)运算器设计屮所用的运算器数据通路，其屮运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的MU构

4、成。运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到ALU01插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSDO〜D7插座BUS1〜6中的任一个相连，内部数据总线通过LZDO〜LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273(U29、U30)锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS,测试时通过8芯排线连至外部数据总线EXDO〜D7插座EXJ1〜EXJ3屮的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KDO〜KD7,并经过一三态门74LS245(U51)直接连至外部数据总线EXDO〜EXD7,通过数据开关输

5、入的数据由LDO〜LD7显示。算术逻辑运算功能发生器74LS181(U31、U32)的功能控制信号S3、S2、S1、SO、CN、M并行相连后连至SJ2插座，测试时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2,以手动方式用二进制开关S3、S2、SI、SO、CN、M来模拟74LS181(U3kU32)的功能控制信号S3、S2、SI、SO、CN、M；其它电平控制信号LDDR1、LDDR2、ALUB'、SWB'以手动方式用二进制开关LDDR1、LDDR2、ALUB.SWB来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB'.

6、SWB'为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高屯平有效。另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验吋，只需将跳线器J23±T4与手动脉冲发牛开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。带进位控制运算器增加进位控制部分，其中高位74LS181(U31)的进位C4通过门UN4E、UN2C、UN3B进入UN5B的输入端D,其写入脉冲由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，在手动方式下进行实验吋，只需将跳线器J23±T4与手动脉冲发牛开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得测试所需的单脉冲。AR是电平控制信

7、号(低电平有效)，可用于实现带进位控制实验。从图中可以看出，AR必须为“0”电平，D型触发器74LS74(UN5B)的时钟端CLK才有脉冲信号输入。才可以将本次运算的进位结果CY锁存到进位锁存器74LS74(UN5B)屮。(1)存储器主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，它的数据总线挂在外部数据总线EXD0〜EXD7上；它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74LS273(U37)给出，地址值由8个LED灯LAD0〜LAD7显示，高电平亮，低电平灭;在手动方式下，输入数据由键盘提供，并经一三态门74LS245(U51

8、)连至外部数据总线EXD0〜EXD7,实验时将外部数据总线EXD0〜EXD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0〜BUSD7,分时给出地址和数据。它的读信号直接接地；它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和