計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)-基于EDA和FPGA技術(shù)的8位模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_精品

目錄

前言2

第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容2

1.1 實(shí)驗(yàn)要求2

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

第二章 實(shí)驗(yàn)原理及方案2

2.1 實(shí)驗(yàn)原理2

2.2 實(shí)驗(yàn)方案2

2.2.1 指令系統(tǒng)………………………..……………………………………5

2.2.2 模型計(jì)算機(jī)硬件6

2.2.3 微指令設(shè)計(jì)6

2.2.3.1 微代碼定義6

2.2.3.2 微代碼具體設(shè)計(jì)7

2.2.4 控制臺(tái)解釋微程序8

2.2.5 運(yùn)行指令流程圖2

第三章 具體設(shè)計(jì)過(guò)程9

3.1 各個(gè)主要基本部件設(shè)計(jì)2

3.1.1 算術(shù)邏輯部件(ALU)2

3.1.2 程序計(jì)數(shù)器(PC)2

3.1.3 寄存器2

3.1.4 存儲(chǔ)器2

3.2 模型機(jī)頂層框圖設(shè)計(jì)2

第四章 程序測(cè)試和指令調(diào)試2

4.1 波形仿真2

4.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試2

第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)2

參考文獻(xiàn)2

前言

計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)還是主要由運(yùn)算器、控制器組成CPU，用二進(jìn)制數(shù)字表示計(jì)算機(jī)的操作指令和數(shù)據(jù)，將其存放在存儲(chǔ)器中，通過(guò)CPU自動(dòng)地從存儲(chǔ)器提取指令和數(shù)據(jù)，并按照指定的順序完成各項(xiàng)任務(wù)。這也改變了又來(lái)人們的生活。

同事隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的開(kāi)發(fā)，計(jì)算機(jī)組織設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)也在不斷發(fā)展。現(xiàn)在，不僅軟件可編程，硬件電路也可以編程所以，在這個(gè)時(shí)候，我們更要注重一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的整體模型，而不是一味的強(qiáng)調(diào)怎樣去追求這個(gè)時(shí)代的計(jì)算機(jī)發(fā)展速度。這已經(jīng)成為我們?yōu)楦掠?jì)算機(jī)硬件的必備知識(shí)。

讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)腦和動(dòng)手解決計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的實(shí)際問(wèn)題，本次課題設(shè)計(jì)便是為此應(yīng)運(yùn)而生的。在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們需要結(jié)合計(jì)算機(jī)組成原理的基本理論，利用EDA技術(shù)和FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)8位模型計(jì)算機(jī)。因此，我們需要掌握ALU，微程序控制器，時(shí)序產(chǎn)生電路，數(shù)據(jù)通路，存儲(chǔ)器，指令系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)方法，并且在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將單元電路組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。

本報(bào)告便是通過(guò)對(duì)各關(guān)鍵部位進(jìn)行單元和集成仿真測(cè)試后，下載到目標(biāo)芯片里，最終形成一個(gè)功能較為完善的8位模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)要求

在Quartus Ⅱ6.0上完成8位模型機(jī)的設(shè)計(jì)。具體的要求如下：

(1)在定義五條機(jī)器指令，并編寫(xiě)響應(yīng)的微程序作為模型計(jì)算機(jī)的控制器；

(2)使用電路框圖設(shè)計(jì)模型計(jì)算機(jī)電路，并下載編程芯片為定制的簡(jiǎn)單模型CPU.

(3)在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上連接輸入按鍵和輸出液晶顯示屏為輸出的模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)深入理解基本模型計(jì)算機(jī)的功能和組成知識(shí)；

(2)深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)各類典型指令的執(zhí)行流程；

(3)學(xué)習(xí)微程序控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程和相關(guān)技術(shù)，掌握LPM_ROM的配置方法；

(4)掌握微程序的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)編寫(xiě)二進(jìn)制微指令代碼表；

(5)在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將單元電路組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)；

(6)通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)腦和動(dòng)手解決計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的實(shí)際問(wèn)題。綜合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理知識(shí)，在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺(tái)基本的模型計(jì)算機(jī)，掌握整機(jī)概念，并設(shè)計(jì)機(jī)器指令系統(tǒng)，編寫(xiě)程序，在所設(shè)計(jì)的模型計(jì)算機(jī)上調(diào)試運(yùn)行。

第二章 實(shí)驗(yàn)原理及方案

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)將能在微過(guò)程控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定的功能。實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微過(guò)程控制器來(lái)完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期，全部由微指令組成的序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。該模型機(jī)的總的數(shù)據(jù)通路如圖2.1.1所示。

圖2.1.1 模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

2.2.1 指令系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)采用五條機(jī)器指令。指令編碼如下表：

表一 指令編碼

助記符操作碼addr地址碼功能描述IN00H“INPUT”→R0，鍵盤輸入數(shù)據(jù)ADD addr10HXXHR0+[addr] →R0STA addr20HXXHR0→[addr]OUT addr30HXXHBUS→“OUTPUT”，顯示輸出數(shù)據(jù)JMP addr40HXXHaddr→PC指令分單字節(jié)和雙字節(jié)，單字節(jié)指令只有IN一條，其余都是雙字節(jié)指令。指令各式如表二和表三。

表二 單字節(jié)指令格式

7 6 5 43 21 0操作碼源寄存器目的寄存器

表三 雙字節(jié)指令格式

7 6 5 4 3 2 1 07 6 5 4 3 2 1 0操作碼操作數(shù)(內(nèi)存地址碼)

源和目的寄存器可以是三個(gè)工作寄存器之一，寄存器標(biāo)號(hào)R0為00,R1為01,R2為10。

為了在試驗(yàn)臺(tái)上用鍵盤輸入程序和數(shù)據(jù)到內(nèi)存，以及通過(guò)液晶屏顯示輸出，設(shè)計(jì)

總結(jié)

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