基本模型计算机研究与设计开发与实现.docVIP

计算机组成原理课程设计 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 1 课程设计说明书 课程设计名称： 计算机组成原理 课程设计题目： 基本模型计算机设计与实现 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 计算机科学与技术 班级： 学号： 姓名： 袁东 评分： 教师： 20 15 年 6 月 日 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 21 摘要 随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、工业自动化、计算机应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，现场可编程(FPGA)技术含量正以惊人的速度上升。特别是随着VHDL 等硬件描述语言综合工具功能和性能的提高，计算机中许多重要的元件，包括CPU 都用硬件描述语言来设计和表达。GW48 C+计算机组成原理实验台采用模块化的系统结构，本文通过一系列基本单元实验和模型计算机综合设计，对CPU 的运算功能、控制功能、总线结构、指令系统的设计和微指令的实现，最终形成一个功能较为完整的片上模型计算机系统， 在进行各个单元实验和综合实验时，既可以通过系统计算机进行综合设计，Quartus-Ⅱ软件仿真、观察仿真波形，更重要的是可以在GW48 CP+实验平台上，将设计的CPU 电路下载到FPGA 中进行硬件仿真。观察CPU 内部的各种信息：包括数据总线、地址寄存器、程序计数器、指令译码器、指令寄存器、控制信号、内部寄存器、数据寄存器、微指令存储器LPM_ROM中的数据等，实时观察每条指令及微指令的执行情况，从而对计算机的原理、结构，从部件到系统，直到计算机整机有一个形象的、生动的、本质的认识。 关键字：：FPGA、模型机、微程序控制、Quartus-Ⅱ 前言 《计算机组成原理》是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。?再结合着所学的《数字逻辑》以及电路的相关知识，就基本上对现代计算机的组成结构和原理有了一定的理解，此次的课程设计便是一次将理论应用到实际的一个非常好的机会。并且可以加深对计算机的时间和空间概念的理解,?增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。? 美国一些知名大学计算机实验室，那里计算机方面的硬件实验，包括计算机组成原理实验早已不用那种传统接插式实验，而是全部采用EDA 技术进行所有的软硬件实验！显然，使用大规模 FPGA、EDA 软件工具和IEEE 标准硬件描述语言构建的现代计算机组成原理实验系统取代传统的计算机组成原理实验已成为势在必行。利用 FPGA 技术，在实验中能方便灵活地设计出简单完整的ＣＰＵ模型机。基于查找表硬件结构的商用FPGA 是当前进行快速系统原型设计最流行的ASIC 手段。ALTERA 的ACEX 系列FPGA 产品具有片上EAB，可以构成构成各种类型的存储器结构，利用在其内部的LPM 可以实现微程序控制和管理复杂逻辑电路。 本次课程设计便是在GW48 C+平台上实现的 ，首先用Quartus-Ⅱ 软件对基本模型机的各个组成部分进行设计仿真，然后将各个部分有机的组合起来，形成一个可以完成某些操作的CPU，在软件上仿真成功之后，下载到平台上然后具体的在硬件上实现各个功能。 目录 设计内容及要求4 1.1 设计任务4 1.2 设计要求4 系统组成及工作原理5 2.1 系统组成5 2.2 工作原理5 第三章 系统设计10 3.1 CPU顶层设计10 3.2 取指令和指令译码12 3.3 设计微代码表12 3.4控制执行单元14 第四章 系统调试和分析15 4.1 模型机的软件执行15 4.2 模型CPU的硬件仿真15 第五章 总结18 参考文献19 附录20 第一