2013专接本组原课设报告.doc

石家庄经济学院 计算机组成原理课程设计报告 题 目 计算字节数组的累加和 姓 名 学 号 指导老师 成 绩 2013年 3月 6日 目 录 1. 课程设计目的与要求 3 2. 开发工具选择 3 3. 设计方案选择 3 4．指令系统设计 4 5. 模型机总体结构设计 7 6. 指令流程设计 8 7. 微指令格式设计 10 8. 微程序流程设计 9 9. 微程序的编写 11 10. VHDL实现 11 11. 调试仿真 19 12. 课程设计回顾总结 21 参 考 文 献 21  课程设计目的与要求 课程设计目的: 融会贯通计算机组成原理课程各章教学内容，通过知识的综合运用，加深对CPU各模块工作原理及相互联系的认识，建立计算机整机的概念。 通过对一个简单模型机的设计，达到对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的理解，加深对理论课程的理解。 学习运用大容量可编程器件开发技术，掌握设计和调试的基本步骤和方法。 培养独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。 课程设计要求： 设计一台微程序控制的模型计算机 功能：计算字节数组的累加和。 拟定指令系统（含机器指令的字长、格式、寻址方式及指令的种类等） 设计数据通路，给出模型机中所含的部件及其间的连接，以及信息在数据通路中传送时所需的微命令。 设计微程序的流程图 设计微指令 编写微程序 使用VHDL编码，仿真检测实验的功能是否达到设计要求 撰写课程设计报告，要求报告中所规定的图文齐全、符合要求、结构合理，能对实验中出现的问题进行分析及给出解决的方法。 开发工具选择 此处说明QUARTUS开发工具的特点. Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口自动地从QuartusII仿真器波形文件中创建完整的HDL测试平台“微指令”，存放到一个只读存储器里；当机器运行时，一条一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使部件执行规定的操作。 微程序控制器的基本工作原理： 根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。 指令系统设计 指令字长 8位 立即数 → 寄存器 loadi 0000 规定：寄存器为r0、 r1、 r2 采用双字长格式： 4 bit 2 bit 2 bit 操作码（Opcode） XX 目的寄存器（DST） 8bit 立即数 内存数 → 寄存器（r3） 采用寄存器间接寻址方式 规定：内存数采用r0、r1寄存器 4 bit 2 bit 2 bit 操作码（Opcode） 源寄存器（SRC） 目的寄存器（DST） load 传送指令 store 存储指令 寄存器 自加自减操作 规定： 自加时用 r0 或 r1 自减时用 r2 4 bit 2 bit 2 bit 操作码（Opcode） XX 目的寄存器（DST） 自加： inc 自减： dec 转移指令 4 bit 4 bit 操作码（Opcode） XXXX 8 bit数 条件转移指令 jnz 无条件转移指令 jmp 操作码 二进制数 loadi 0000 load 0001 store 0010 inc 0011 dec 0100 jnz 0101 jmp 0110 add 0111 控制信号 编号 控制信号 描述 6 ALU_bus 用ALU中的内容驱动总线 7 ALU_dec 把ALU中的内容减1 8 ALU_inc 把ALU中的内容加1 9 load_MDR 将总线的内容装载到MDR 10 MDR_bus 用MDR的内容驱动总线 11 R_NW 读取，不可写。当R_NW无效且CS有效时，MDR的内容存储于存储器中 12 CS 片选，用MAR的内容设置存储器地址 13 load_MAR 将总线的内容装载到MAR 14 load_IR 将总线的内容装载到IR 15 load_D 将总线的内容装载到D 16 load_C 将总线的内容装载到C 17 load_R3 将总线的内容装载到R3 18 R3_bus 用R3的内容驱动总线 19 load_R2 将总线的内容装载到R2 20 R2_bus 用R2的内容驱动总线 21 load_R1 将总线的内容装载到R1 22 R1_bu