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1、石家庄经济学院华信学院计算机组成原理课程设计报告题目16位模型计算机的设计姓名学号班号指导老师成绩2015年1月目录1.课程设计目的22.开发工具选择33.模型机的功能34．指令系统设计35.数据通路设计56.指令流程图设计67.状态转换图设计78.调试仿真89.课程设计回顾总结15参考文献151．课程设计目的（1）融会贯通计算机组成原理课程各章教学内容，通过知识综合运用，加深对CPU各模块工作原理及相互联系的认识。（2）掌握组合逻辑控制器、微程序控制器的设计。（3）理解计算机如何取出指令、如何执行指令、如何在一条指令执行结束后自动取出下一条指令并执行，牢固建立计算
2、机整机概念。2.开发工具选择（1）硬件描述语言CPU的设计采用了功能强大的VHDL语言，它具有很强的行为能力描述，设计方法灵活，可以支持库和模块设计方法。（1）QuartusII软件开发工具本设计采用的软件开发工具是美国的Altera公司的QuartusII，它支持多种设计输入方法，包括原理图输入、文本输入。（2）EDA实验开发系统本设计采用的EDA实验开发系统，主要用于提供可编程逻辑器件的下载电路及EDA实验开发的外围资源，供硬件验证用。3.模型机的功能内存单元addr1、addr2、result完成以下操作：[result]←[addr1]and[addr2]o
3、rimmd4.指令系统设计RAM中存放程序中的数据；ROM中存放程序中的指令，依据指令的格式将相应的指令写成二进制的机器指令存储在ROM中。实验中，指令的格式如下所示。注：操作码4位，寄存器字段rs，rt，rd各三位，Fun功能字段3位，Imm立即值字段6位；一共8个寄存器，R0只读不可写，恒为0。实验中所用指令的种类：R类型的指令ADDRd,Rs,RtI类型的指令LWRt,Rs,immdSWRt,Rs,immdORRS,RT,immd指令操作码OP所属的指令格式Fun备注ADD0000R001R[rd]←R[rs]+R[rt]无符号加法LW0001IR[rt]←M
4、[R[rs]+Imm]主存中内容写入寄存器SW0010IM[R[rs]+Imm]←R[rt]寄存器中内容回写到主存OR0010IR[rt]←R[rs]or[Imm]与立即数相或存放在ROM中的汇编指令,完成M[2]←M[0]andM[1]orimmdLWR1,0（R0）;R1←M[R[0]+0],由于R(0)内容为0，即R1←M[0]LWR2,1（R0）;R1←M[R[0]+1],由于R(0)内容为0，即R1←M[1]ANDR3,R1,R2;R3←R1andR2orimmdR4,imm(R3);R4←R3orimmdimmdSWR4,3(R0);M[R[0]+3]←
5、R40LWR1,0（R0）00010000011LWR2,1（R0）00010000102ANDR3,R1,R200000010100110113orimmdR4,imm(R3)01000111004SWR4,3(R0)00100001005.数据通路设计数据存储器rsALUoutput寄存器组扩展ABmuxMuxrtPC指令寄存器J加1NPCIRrdALULMDMUX6.指令流程图设计7:SWfinish9:finish8:immddr4:memaddr5:memfetch6:LWfinish2:rexed3:rfinish0：ifeteh1：idecodeR[r
6、t]ßALUORRLW/SWIRßMIP[PC]NPCßPC+1IR?AßR[rs]BßR[rs]ALUOßALUFUNCALUOßR[rd]orimmd]ALUOßA+符号拓展R[rd]ßALUOLW?SW?M[ALUO]ßBLWDßM[ALUO]O]RtßLMDPCßNPCLWSW7.状态转换图设计5:memfetch3:rrfinishpcwr<-=’1’;irwr<=’1’;A<-R[rs]B<-R[rs]IR?aluselb<=’0’;alufunc<=aluwr<=’1’;memtoreg<=’0’;regdst<=’1’;regwr<=’1’;Segn
7、ext<=’1’;aluselb<=’1’;alufunc<=”0100”;aluoutregwr<=’1’;LW?SW?lmdwr<=’1’;memwr<=’0’;memtoreg<=’0’;regdst<=’1’;regwr<=’1’;memwr<=’1’;Segnext<=’0’;aluselb<=’1’;alufunc<=”0001”;aluoutregwr<=’1’;memtoreg<=’0’;regdst<=’0’;regwr<=’1’0：ifetch1:idecode2:rrexect4:memaddr8:orimmd9:ifinish7:swfi
