计算机组成原理课程设计报告--控制器的设计与调试(DOC)

1、南通大学计算机科学与技术学院算机组 成原理 课程设计报告书设计题目控制器的设计与调试专业班级学生姓名学 号指导老师日 期一、设计题目控制器的设计与调试二、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, 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，取得工程设计和调试的实践和 经验。三、设计要求1.微程序控制器基本原理2.微程序控制器总体设计3.地址转移逻辑4.微指令格式5.控制存储器内容设计6.控制器芯片四、设计内容1、根据给定的数据

2、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，整理出设计图纸和相关文件，包括：（1）总框图（数据通路）；（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。五、系统调试1. 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: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:INADDSTA0010000001000000A01100000A765 43210OUTJMP100000

3、00A10100000AIN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Ro寄存器。ADD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

4、序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。2. 设计方法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） 对指令系统中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，即初步确定数据通路，使得由指令系统所要求的数 据通路都能实现，并满足技术指标的要求；（3）检查全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号；（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。3. 模型机的数据通路图

5、如下：时序产生器4. CPU电路图| -ii! I -'-J：113.SSg f r.1 cjju-3L»ga":a2Cf：a-,-C£SV：=«CLW-CO 二rv l厶2：半：2：5. 微程序控制器的逻辑图:6.微程序流程图运行微程序RAM BUSBUS IR100601""f(DR1)+(DR2) RO017.电路图:时序产生器的设计图:RiZih4_bp:w呻貓LEi-NA曰QAC BUXEN1QDFNF兜口匚CLRhCLkI_”.r74 W1数据通路设计图:YQHAVI N日Y2NcY3NG1Y4NGATJYENB2

6、BNVNY7N73 13E& DCCODEI . . k'MVih 5 Fi .'i-J?JLi «LitlFa> .nn' 1u i % .MQP L. > ：.：. JH- . =*-，-EFT"t" |.* Zlcn-",F|' F |-CV1 1 1 1 . Illi 1 1八;；. JKTaiOrfF-T-.-T-1 '» T '! r I I':拠I'" 一一二讪讥 亠一 rriu D4a.t7"3M严一-二卜11 Vs, r m

7、 r *r *m怖町卫： : 曲:习nr ft啊qm-w亠匹戲上r:rbEBE aalrrtAE01C41D梵filBH Clfitilh>：CZb8.微程序代码表：微程序指令格式及代码表232221201G1T1G15141312S3S2S1soLo&dCELDKDLUDKlLDEIE2选择运算器迄算模打入rcrm写入打入RD打入K1RA8211109876543210LDIRLDPCLDARAt*BUSFC-*BUSR0sirBUSP (1)VMVA3UAZVA1WUJFC+1打入JUtFC 内氐 口 线BD 内 容U W JT送 总 线开关 内礼d#总 线下一制 曲地1止微

8、指令长度为24位，据此可以确定控制存储器的字长也应为24位。微指令格式确定后，微程序的横向设计在于正确选择数据通路，纵向设计在于确定后继微指令地址。纵向设计的通常做法是先确定微程序分支处的微 地址，因为微程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，以致造成设计错误。当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段应指明P(1)测试。“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，P(1)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(IR7-IR5 )作为测试条件，微程序可以

9、实现8路转移，但我们只用到前 5路。分支后的微地址分别定为 01001B-01101B。微地址s3 s2 s1 s0 m cnload ce we LDR0 LDDR1 LDDR2 LDIR LDPC LDAR n ALU-BUS 7 6 P(1)uA4uA00 00 0 0 0 1 01 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 00 0 0 0 10 10 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 00 0 0 1 00 20 0 0 0 1 00 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 10 1 0 0 00 30 0 0 0 1 00 1 0 0 0 0

10、0 0 1 1 0 0 00 0 1 0 00 40 0 0 0 1 00 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 00 0 1 0 00 50 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 00 0 1 1 00 61 0 0 1 0 10 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 10 70 0 0 0 1 00 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 01 0 1 1 01 00 0 0 0 1 01 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 00 1 1 1 01 10 0 0 0 1 00 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1

11、00 0 0 0 11 20 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 00 0 0 1 11 30 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 00 0 1 1 11 40 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 01 0 1 0 11 500001001000001111100 1 1 1 11 600000001000000010000 0 0 0 11 700001000000000010000 1 1 1 02 000001011000001010101 0 0 0 12 10000100100000111110

12、1 0 0 1 02 200001000100000010101 0 0 0 12 300001001000000110001 0 1 0 02 400001001010000010000 0 0 0 12 500001011000001010000 0 0 0 12 600001001100000011000 0 0 0 19.微程序电路图亍唤JuTl-hB'TUN甩npuItWiTtwY2PvT3V&ICacMdcttKsa*10.波形图六、设计总结与体会通过这次课程设计，我从中学到很多重要的知识；同时也明白了很多道理。首先，在实验前我们应该先要对我们将要做的课程设计有个充分的了解，将原理弄懂，同时也要熟悉我 们课程设计所使用的软件，这对我们都是至关重要的，并且会使我们在实验时节省很多时间；然后，根据设 计要求想出总体方案，知道设计所需要的器件，再根据方案进行实验。通过这次课程设计我懂得了理论与实 际相结合的重要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，将结论用于实践，才能 提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。另外在本次的课程设计中，我也