2016年計算機組成原理課程設計-硬布線控制器的設計

編 號：

學 號：

課 程 設 計

教 學 院計算機學院課程名稱計算機組成原理課程設計題 目硬布線控制器的設計專 業計算機科學與技術班 級二班姓 名同組人員指導教師楊 斐

2015年1月5日

課程設計任務書

2015～2016學年第 1 學期

學生姓名： 張祥 專業班級： 計科二班

指導教師： 楊斐 工作部門： 計算機學院

一、課程設計題目 硬布線控制器的設計

二、課程設計內容(含技術指標)

1．利用QUARTUS軟件設計一個小型CPU中的硬布線控制器。

總體框圖參考下圖：

操作控制信號格式：

WRRDIOMS3S2S1S0LDALDBLDR0LDIRALU_BR0_BP(1)

執行單元總體框圖如下：(不必設計)

該CPU的指令系統包含8條機器指令，分別為ADD、SUB、INC 、AND、OR 、IN 、OUT、HLT，指令代碼如下：

助記符機器碼說明ADDR0+R0->R0SUBR0-R0->R0ININ->R0OUTR0->OUTINCR0+1 ->R0HLT停機ANDR0 與 R0->R0ORR0 或 R0->R0

2. 寫出每一個操作控制信號的邏輯代數表達式，化簡并設計電路。

3. 每輸入一條機器指令代碼打入IR中，由硬布線控制器得到14位操作控制信號，在發光二極管上顯示每一位的值。

三、進度安排

2015年12月14日，課題講解，布置任務

2015年12月15-17日，分析、討論、進行各子模塊的設計設計

2015年12月18-24日，完成各模塊聯調，進行測試

2015年12月25日，成果驗收，進行答辯

四、基本要求

能夠熟練掌握計算機中硬布線控制器的工作原理及特點；

掌握硬件描述語言VHDL及原理圖設計方法；

熟練掌握Quartus II軟件平臺；

各小組按模塊分工，每人獨立完成自己負責的模塊；

合作完成最終的硬件下載及調試；

獨立撰寫符合要求的課程設計報告。

目 錄

一 、概述1

1.1課程設計的目的1

1.2課程設計的要求1

二 、總體方案設計2

2.1小組分工2

2.2硬連線控制器部件描述2

2.3介紹EDA技術及QUARTUS II軟件3

三、 詳細設計4

3.1設計指令寄存器R_84

3.2設計指令譯碼器ID5

3.3編寫指令邏輯函數表達式6

3.4設計樹形邏輯圖LOGIC8

3.5整合設計10

四、程序的調試與運行結果說明11

4.1我設計的版塊三的仿真波形圖11

4.2最終模塊的仿真波形11

五、課程設計總結13

參考文獻14

一 、概述

1.1課程設計的目的

1．培養綜合運用所學知識獨立完成課題的能力；

2．培養勇于探索、嚴謹推理、實事求是、有錯必改，用實踐來檢驗理論，全方位考慮問題等科學技術人員應具有的素質；

3．理解和掌握該課程中的有關基本概念，程序設計思想和方法；

4．掌握從資料文獻、科學實驗中獲得知識的能力，提高學生從別人經驗中找到解決問題的新途徑的悟性，初步培養工程意識和創新能力；

5.同學們需完整學習相關理論課中的有關內容，學會閱讀相關的參考資料和利用網絡查找自己需求的資料。

1.2課程設計的要求

1.掌握硬件描述語言VHDL及原理圖設計方法；

2.熟練掌握Quartus II軟件平臺；

3.各小組按模塊分工，每人獨立完成自己負責的模塊；

4.合作完成最終的硬件下載及調試；

5.能夠熟練掌握計算機中硬布線控制器的工作原理及特點；

6.獨立撰寫符合要求的課程設計報告。

二 、總體方案設計

2.1小組分工

吳進主負責對指令寄存器

張常勛主負者對指令譯碼器ID的設計；

張祥主負者對樹形邏輯網絡LOGIC的設計；

謝石林主負機器指令函數以及流程圖的編寫。

邏輯網絡QuartusⅡ設計出電路圖。

2.2硬連線控制器部件描述?

硬連線控制器由指令寄存器IR，程序計數器PC，時序控制信號產生部件，脈沖源、起停控制邏輯和節拍發生器組成。

1．指令寄存器?

存放當前從主存儲器讀出的正在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從內存取到數據寄存器中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數字組成。為了執行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試

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總結

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