计算机组成原理课程设计——

1、南通大学计算机科学与技术学院计算机组成原理课程设计报告书课题名模型计算机的设计与实现班级姓名学号指导教师日期20126182012.6.21一、设计目的1、融会贯通教材各章的内容，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，经阿什计算机工作中“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， 取得工程设计和调试的实践和经验。二、设计内容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QUARTUS II环境下仿真调试成功。3、在调试成功的基础上，整理出

2、设计图纸和相关文件，包括：（1）总框图（数据通路图）；（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、数据格式与指令系统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:符号位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:7 6 5 4 3 2 1 0INADDSTAOUTJMP0010000001000000A01100000A10000000A10100000AIN指令为单字长（字长为8bits ）指令，其功能是将数据开关的8位数据输 入到R）寄存器。ADD指令为双字长指令，

3、第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是将R）寄存器的内容与内存中地址为 A的数相加，结果存放在 R寄存器 中。STA指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是将R）寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。OUT指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示 之。JMP指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其 功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。四设计原理与电路图 原理图RAMnCSWEnalu_busALU输出缓冲(74244b)

4、nRAM BUSROMAR(74273b)LDARnPC BUSPC（用2个 74163构成的8位计数器）LDPCLDNR0(74374b)nsw_bus |数据输出微程序控制器时序产生器数据输入I IR(74273b)LDIR按照原理图，完成模型机的数据通路的编辑、编译以及波形 仿真工作。，图中采用两个寄存器 74273b来存放指令， 个用于存放操作码，另一个用于存放地址码。(2)微程序控制器的逻辑图:A数据通路逻辑电路图实BiB耋 - ma V - - V - 9 S - -严.r sr . .FT- TK-*叮9*Ji-!壬3 .!*:iI 封装图C地址转移逻辑电路设计地址转移逻辑电路，

5、完成电路图的编辑、编译以及波形仿真工作。仿真正确后，封装成芯片control。地址转移逻辑通过指令的操作码的高3位和微指令的测试字段P1来确定下一条微指令的地址。D微程序控制器：调用地址转移芯片control ,存放微指令的ROM两片74273b芯片以及一片74273芯片来完成电路图的编辑、编译以及波形仿真工作。芒卜亡.*.* M I #1 iH:心r 81已L*3-&事.兰.-MJ 4 i J. J fc -.r. *a i . k.当芒.；r r w l r s三三CMQfE TCWODP q-H*3：；:;:;J Jiixr-74j73Errf r-rr#：“氓:：TF F7U:1rWF

6、11 l_MfiJ-T哥w a ； jMtetST-，P r丁;:rtwc=；胡:r-F:.r Tt*rr: 产:三二性 CM申!CUT a i|:k 起.x7 :wf4.皿2.a. s M s J ，亠 J耳一封装图E.PC(程序计数器)五、微程序流程图、代码表(1)微程序流程图运行微程序(2)代码表:当前 微地址翳吕邑gPC pHui33B331cd1M-i* 1123222120191817165141312ii1098765432000000000100000010011000001010000000000011010000100200000001000010000010T000030

7、0000001000000100000010004000000010001000000000101RAM.MIFAddr20+4+5 I+60iHKiMHim01000000011000001000000010100400oomooooododooboooooooo&00000001QOOOOOOODOODOOOOODOODOGDooooooooooooooootKHXMODOQO000000160000000100000000ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooQOOQOOOO24OOOOOQOO0OOOOTOOooooooooXC3C0CCOOO

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12、QM19OWDQOD1QOQ01QOOOQ1OIOOQDQOOQMTWQ WDQODQODQ10Q0QO100M1 QODQODQQOQ IflTBOODO&DOCO&DOOCOOODOODaO030闖 0闆 i 000000010QOD01DOOOOOO lODOOfiO 10a(OOCKl1 aDOODOODilMOMO lOQCOO011Q腱 0 就0 iODOii 11016HflOW曲硕Q曲QOl圖WO0qwwmjommowiXKJw寸如瞰期咖丽却凶OW024QOOQOCQODQQODQOOOODQODQOQODOQODOODQOOOODQOOQODOCiUQODOODQOOQOOQ

13、ODOQODOODODOODQOOQOOOCODQODOODOODQDQODO(X)0(K)DCODQODQODQOOQROM.MIFAddr+0 | +1+2心+4+7o | |qo00000C0000囂呂000000000Q0000001600000000000000002400000000000G0000320000000000000040 100皿0000QQ004S00QQ0000000000DO56000000000Q00000C640000000000000000720000000000000000甜00000000000000003800oaQOQ00000QQ0096000Q

14、000000000000104000000000000003：11200000C00000000001200000000000000000六、系统调试情况(1)测试结果(波形图)：141a30号他 f utoM.tq a：；a 回拠b maMCCCCOx060Q4(NlJC-DOOffiNLa-竺 WX5jmrLrLr-rLrLm-LrLrLrLrLrL-LrLrLrLr-rLrL-LrLTrLrLnj-. n .n_i_n_rLn_n_n_n_rLn_n_r_n_r_Ln_u_Lnj_r 到MB WOjoOODCu)弟曲 13 旳诃E ：3K?1QMK!JCDCCCIXmidX !( XSa

15、DW扯CO*HNLaXOliJM HW91曲klJ-bdCK D Ifmm 理1 BvBi=staiiB fl 1 wft rrrrr*v i|衬0事田e an-omim-a E3 QE71 ng.ij3oca(da 回加B WlWMgm工Biemm灿 LMflECIde-E i曲14 J T 1.II01切B- D11r&1“小5小&EF-yiCt L(2)主要问题和解决办法：1、此模型计算机为单总线结构，输入信号和输出信号均通过该总线进行传输，如果不加缓冲器就会产生输入信号和输出信号的传输冲突，使信号不能到达“IR”，所以要在存储器RAM后添加一个“ 74244”模块，使信号在进入总线进 行传输前先通过“ 74244”进行一个缓冲，同时“ 74244”也有三态门的作用， 从而使得总线上无信号冲突，这样就便于总线的连接和扩展。2、总线的命名如果不准确的话也会导致编译不能成功，这也是在验收时编译失 败的原因3在控制信号上也出现了一些问题，有些是低电平有效如运算器ALU结