计算机组成与结构TD-CMA课程设计

1、计算机组成与结构课程设计说明书（此份实验报告数据准确）（此份实验报告数据准确）（并且得到了正确的运行结果）（各位亲们放心使用）题 目：基于TDCMA实验教学系统的模型计算机的设计与实现学生姓名：艾有昫 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc329954685 摘要 一、设计题目基于TDCMA实验教学系统的模型计算机的设计与实现二、设计目的计算机组成与结构课程设计是“计算机组成与结构”课程的后续设计性课程，通过设计一台模型计算机，使学生更好地理解计算机组成与结构课程的基本内容，掌握计算机设计与实现的基本方法，培养学生实验动手能力和创新意识，为以后进行计算机应用系统

2、的设计与开发奠定基础。三、设计任务在西安唐都科教仪器公司研发、生产的 TDCMA 实验教学系统平台基础上，设计一个8位模型计算机系统，包括运算器，微程序控制器，存储器,简单输入输出接口和设备,时序和启停控制等电路。要求学生自己定义一套简单的指令系统，制定系统的设计方案和实现方法，画出所设计的模型机系统的电路原理图。在计算机组成原理与系统结构实验系统上搭建模型计算机系统，完成运算器、微程序控制器的设计调试任务，并用所设计的指令系统编写一个实现简单功能的程序，在搭建的模型机系统上输入、调试和运行程序。最后总结实验结果，完善所设计的模型机系统方案和电路图，写出完整的设计报告。四、实验设备和环境实验设

3、备：1计算机组成原理与系统结构实验箱 1台 2PC机 1台软件环境：操作系统：Windows2000/Windows XPCMA（实验箱配套软件） QuartusII4.2第一部分 模型计算机设计方案的制定及实验设备接线图系统组成框图及实现 AR=XXAR=XX CSMEM=XX T3 LDARMEM=XXALU PC-B#ALUPC=XXPC=XX T3 MR#OUT=XX T4OUT=XXB=XXXA=XXX LOAD LDPCB=XXXA=XXX T4 LDA T4 LDB IOY1 IOW# T3 LDR T3IR=XX R0-B# R1-B#IR=XXR1=XXXR0=XXWRRDI

4、OMIN=XXIR=XXR1=XXXR0=XXWRRDIOMIN=XX 控制器 t l T3控制器 T4 LDR T4 LDR IOY0 IOR# 控 制 信 号 MR# MYY# IOR# IOW3本实验在CPU的基础上构建一个简单的模型机，包括输入输出单元MEM单元和CPU组成。CPU由运算器（CPLD），微程序控制器（MC），通用寄存器（IR），程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成，而CPLD又有2个寄存器R0和R1组成，2个暂存器A和B组成，如图1-1所示。指令系统助记符机器指令码说明IN0001 0000 (10H)“INPUT”R0IN0010 0000 (20H)“INPU

5、T”R1ADD0011 0000 (30H)R01+R02R01MUL0100 0000 (40H)R01* R02R01MOV0101 0000 (50H)A右移一位R01OR0110 0000 (60H)R01或 R02R01OUT0111 0000 (70H)R0OUTHLT1000 0000(80H)HLT第二部分 运算器的设计与调试一、设计构思设计运算器实现四个个运算，分别是“8位加法器”、“乘法器”、“移位运算”、“或运算”，即A+B，A*B，A移位，A或B。在QuartusII软件中建立工程文件，用原理图输入进行设计，并编译。二、运算器原理图图 2-1 原理图三、电路设计1.加法

6、器（8位）2.一位全加器电路图说明：用加法器，和高低电位。实现的一个8位自加1。3.乘法器4.右移一位运算器说明：把输入的高7位按低7位输出，第8位则输出0.4.或运算器说明：输入的两个数各个位对应或运算。5.总体电路总体横图总体叠图6. 74244芯片图2.3.74244实现数据存储及三态控制编译结果及问题解决出现问题：分器件选用错误更换器件接线、器件重叠调整接线，分离器件粗线细线混用单输出用细线，多输出用粗线接线与输入输出命名不全分别对应命名移位运算输入输出差分一位编译结果：0错误，6警告。第三部分 微程序控制器的设计与调试1.微程序流程图01MEM01MEMIR P(1)=1R0AR1B

7、A+BR0INR0INR1R0AR1BA*BR00333041036113132370101ADDMULINR0INR1OUTR0指令译码01R0AR0A+AA右移一位R0A或BR0R1B01R1OUT01ORMOV013534NOP00060712R0OUTOUTR101053801302.指令系统助记符机器指令码说明IN0001 0000 (10H)“INPUT”R0IN0010 0000 (20H)“INPUT”R1ADD0011 0000 (30H)R01+R02R01MUL0100 0000 (40H)R01* R02R01MOV0101 0000 (50H)A右移一位R01OR01

8、10 0000 (60H)R01或 R02R01OUT0111 0000 (70H)R0OUTHLT1000 0000(80H)HLT3.二进制微代码4.调试过程中遇到的问题及解决a. 在设计运算器电路时，对于quartus 2软件的不熟悉，以及ALU运算器整体各个部件的功能理解很混乱。在老师的讲解下终于明白了。 b. 在验证时对于接线有时由于不太仔细连错了，对于以后的操作造成了很大的影响。 c.对于微指令是我在这一次试验中所遇到的最大的困难，在董老师的耐心指导下，终于明白了。d.微指令代码中控制信号在没有运算的时候就配置了。只有运算的时候才分配置e运算器调试的时候数据无法打入，在老师的指导下

9、解决问题。第四部分 简单模型计算机的设计与实现1.设备接线图 4-1 接线图2.使用的数据。 从IN单元输入2到R0，从IN单元输入1到R1; 把2送到A，1送到B。 再2+1=3，存到R0=3。再把3送到A，2送到B。使3乘以2，存到R0。输出R0=6。再把6送到A。使A向右移一位，存到3将3存入R0，输出R0=3。把3送入A，把2送入B将3和2进行或运算得到3，将3送入RO输出R0=3第五部分 实验总结与实验心得通过此次课程设计，我认识到团队合作的重要性。和“人丑就要多读书”一个道理，如果会的不多，就要比别人多投入精力，投入时间来获得和别人同等的效果。不怕错误，有错多问，多改，多尝试。此次课设我不仅知道了以前做实验所不了解的计算机方面的知识，了解了微指令代码的运算与实践，还体会到实践出真知这一真理。收获了自己努力的成果与喜悦。本次课程设计的主要任务是为现有的模型机设计指令系统以使其能够完成一定的运算功能，以巩固和实践本学期所学习的理论知识。我体验到了指令在实际编程中的工作方式，加深