组成原理-逻辑电路控制器CPU的设计

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1、摘要本次计算机组成原理课程设计课题是逻辑电路控制器CPU的设计。利用maxplus来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，设计控制器CPU的逻辑电路图，用逻辑电路图实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。本次设计在maxplus中完成存数据、取数据、加指令的CPU程序，用电路图实现了相关功能，设计maxplus的指令系统（包括存数据、取数据、加指令的CPU程序），形成具有一定功能的完整的电路图。关键词：maxplus、全加器、寄存器、逻辑电路图目录1.实验软件maxplus11.1maxplus简介11.2maxplus的使用说明1

2、2.设计目标43.系统设计43.1四位二进制加法器43.2寄存器53.3计数器63.4微指令集电路图设计73.5CPU程序设计流程图84.程序实现84.1仿真电路图84.2仿真结果95.总结与体会11参考文献111.实验软件maxplus1.1maxplus简介Altera公司的MAX+PLUSⅡ的全称是MultiplyArraymatrixandProgrammableLogicUserSystem。MAX+PLUSⅡ支持所有的CPLD和25万门以内的FLEX和ACEX系列FPGA。它集设计输入、编译、仿真、综合、编程（配置）于一体，带有丰富的设计库，并有详细的联机帮助功能，

3、且许多操作与Windows下的操作方法完全一样，是一个集成化的、易学易用的PLD开发平台。用MAX+PLUSⅡ进行设计的一般过程，设计输入、编译、功能仿真、设计实现、时序仿真、下载、硬件检查，在对上述过程中有错误的进行设计修改。1.2maxplus的使用说明逻辑设计的输入：①指定项目名称，在“File”菜单中选择Project→Name打开“ProjectName”对话框；选择适当的驱动器和目录，然后键入项目名；点击“OK”。②建立原理图设计文件，第一步打开原理图编辑器，在管理器窗口的“File”菜单中选择“New”；选择“GraphicEditorFile”和“.gdf”项；

4、点击“OK”。第二步输入元件和模块，原理图编辑窗口空白处双击鼠标左键或者在“Symbol”菜单中选择“EnterSymbol”，便打开了“EnterSymbol”对话框；选择适当的库及所需的器件（模块）；点击“确定”。第三步放置输入、输出引脚，在“SymbolName”框中键入input或output。第四步连线，将电路图中的两个端口相连，将鼠标指向一个端口，鼠标箭头会自动变成“+”；一直按住鼠标左键拖至另一个端口；放开左键，则会在两个端口间产生一根连线。输入/输出引脚和内部连线命名，输入/输出引脚命名的方法是在引脚的“PIN-NAME”位置双击鼠标左键，然后键入信号名。内部连

5、线的命名方法是：选中连线，然后键入信号名。第六步保存文件，在“File”菜单中选择“SaveAs”（若该文件已有，则选“Save”11）或在工具栏点击按钮，如是第一次保存，需输入文件名。建立一个默认的符号文件，在层次化设计中，如果当前编辑的文件不是顶层文件，则往往需要为其产生一个符号，将其打包成一个模块，以便在上层电路设计时加以引用。建立一个符号文件的方法是，在“File”菜单中选择“CreateDefaultSymbol”项即可。编译网表提取：MAX+PLUSⅡ的编译器包括两大功能：编译和设计实现。编译的作用是检查设计输入中有无描述性错误，若无描述性错误，则提取出电路网表（N

6、etlist）；若有描述性错误，则给出出错信息（包括出错位置、错误性质），并有联机帮助功能帮助用户改正错误。运行编译器的方法是，在“MAX+PLUSⅡ”菜单中选“Compiler”选项或直接在工具栏中点击按钮。启动编译器后首先进行“编译与电路网表提取”工作。做完这一工作后编译器便停下来等待用户的指示。如果编译中未发现错误，则可以接着做“设计实现”的工作。设计实现包括数据库生成器（DatabaseBuilder）、逻辑综合器（LogicSynthesizer）、逻辑划分器（Partitioner）、设配器（Fitter）、时序仿真网表文件提取器（TimingSNFExtracto

7、r）和编程数据汇编器（Assembler）等步骤。①选项设置，编译器有很多选项设置，但并不是每一项都需要用户去设置，有些设置编译器可自动选择（如器件选择、引脚分配等），而其他的设置往往有默认值。在“Assign”菜单中选“Device”项，然后选择器件的系列和型号，型号可设为“Auto”，编译器自动选择；器件引脚分配，在原理图编辑窗口中，选中某个输入或输出信号，按鼠标右键，在弹出菜单中选“Pin/Location/Chip”,然后选引脚号。②运行“设计实现”，按上述方法做好必要的设置后，在编