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八位模型机设计课程设计.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.37M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    目录
    一、摘要
    关键字： 模型机 指令 微程序
    二、前言
    三、设计目的、任务与内容
    3.1设计目的
    根据计算机组成原理课程所学知识，设计一个8位的模型计算机。
    3.2设计任务
    3.3设计内容
    四、八位模型机设计
    4.1总体结构
    4.2指令系统
    4.3运算器
    A加A=2A，算术左移一位
    4.4存储器
    4.5控制器
    针对模型机数据通路结构的需要，将微操作控制字段分为三个部分：
    （1）基本数据通路操作的控制字段，其中包含输入选择、ALU功能选择、移位选择、内总线输出分配；
    （2）访问主存的控制字段，其中包含地址选择、读写控制；
    （3）辅助操作的控制字段，即将前两类基本操作未能包括的其它零星操作（如开中断、关中断等）归为一类，称
    3.时序系统的设计
    3 3 5 2 2 3 1 1
    AI
    BI
    SM
    C0
    S
    ZO
    EMAR
    SIR
    R
    W
    ST
    SC
    基本数据通路控制 访问控制 辅助 顺序控制
    微操作控制字段
    4.6操作流程图和时间表
    4.7微指令码
    六、实验感想与讨论
    六、参考文献
    | | 计算机组成原理实验报告 名 题 院 班 称： 计算机组成原理大作业 目： 8 位模型机的设计 系： 信息工程系 级： 软件 学生姓名： 学 号：
    验证性、综合性实验报告应含的主要内容： 一、实验目的及要求 二、所用仪器、设备 三、实验原理 四、实验方法与步骤 五、实验结果与数据处理 六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问 题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见） 七、所附实验输出的结果或数据 设计性实验报告应含的主要内容： 一、设计要求 二、选择的方案 三、所用仪器、设备 四、实验方法与步骤 五、实验结果与数据处理 六、结论（依据“设计要求”） 七、所附实验输出的结果或数据
    目录 一、摘要 .........................................................................................................................................4 二、前言 .........................................................................................................................................4 三、设计目的、任务与内容.........................................................................................................4 3.1 设计目的............................................................................................................................4 根据计算机组成原理课程所学知识，设计一个 8 位的模型计算机。.......错误！未定义书签。 3.2 设计任务............................................................................................................................5 3.3 设计内容............................................................................................................................5 四、八位模型机整体设计............................................................................... 错误！未定义书签。 4.1 总体结构.............................................................................................. 错误！未定义书签。 4.2 指令系统............................................................................................................................9 4.3 运算器................................................................................................................................9 4.4 存储器..............................................................................................................................11 4.5 控制器..............................................................................................................................11 4.6 指令流程图和操作时间表..............................................................................................15 4.7 微指令码..........................................................................................................................15 五、实验感想与讨论 ...................................................................................................................21 六、参考文献...............................................................................................................................22
    一、摘要 通过一台模型机的设计，使我们建立了整机的概念，模型机整体采取简单的组成模式，每一时钟 周期内完成的操作有限。该模型机包括运算器，存储器，控制器等。指令结构，选用两片 SN74181 串 行进位方式形成运算器，运用微程序控制各部件单元的产生控制信号，实现特定指令的功能，通过绘 制指令流程图，编写指令时间表，设计微指令格式等实现了具体的微程序控制。 关键字： 模型机 指令 微程序 二、前言 计算机组成原理是计算机科学专业的一门重要的专业基础课,内容包括计算机部件和整机的组成 与工作原理由于课程的专业性很强、概念繁杂抽象,8 位模型机的设计有助于我们理解计算机整机的工 作原理，让我们从设计角度来理解计算机的结构与工作原理。.计算机的核心部件 CPU 通常包含运算 器和控制器两大部分。组成 CPU 的基本部件有运算部件、寄存器组、微命令产生部件等。这些部件通 过 CPU 内部的总线连接起来，实现它们之间的信息交换。其中，运算部件和一部分寄存器属于运算器 部分；另一部分寄存器、微命令产生部件和微程序控制器等则属于控制器部分。八位模型计算机的设 计过程，包含通过内总线连接各基本功能单元模块构成数据通路，给出完备的指令系统，运算器的实 现方式，用微指令设计计算机指令系统。 三、设计目的、任务与内容 3.1 设计目的 根据计算机组成原理课程所学知识，设计一个 8 位的模型计算机。 1． 掌握计算机的基本组成和功能； 2． 掌握计算机各大部件的功能与设计方法； 3． 深入学习计算机各类典型指令的执行流程； 4． 深入学习微程序控制器的原理和设计过程； 5． 掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表； 6． 综合运用所学知识，在掌握部件单元电路设计的基础上，进一步构造一台基本的模型计算机， 建立计算机整机概念；
    7． 通过本次设计，理论联系实践，进一步加强学生分析问题、解决问题的能力，提高自身硬件 设计水平。 3.2 设计任务 1． 查阅文献资料，一般在 5 篇以上； 2． 以 TEC-XP 教学实验计算机系统为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立 8 位的整机模 型； 3． 完成 8 位模型机的整机设计和各部件的具体设计； 4． 撰写设计报告书；做好答辩工作。 3.3 设计内容 1． 8 位模型机总体结构的设计； 主要是数据通路的设计或选择，要说明如下内容： 1)寄存器的位数 2)总线宽度 3)ALU 位数及运算功能 4)微命令的设置（各标识的含义）； 2． 拟定指令系统； 要考虑指令的完备性、有效性、规整性；主要说明系统包括哪些指令以及指令格式，寻址方式。 3． 控制器的选择； 采用微程序控制器。 4． 绘制指令流程图； 5． 安排指令操作时间表，设计微指令格式； 6． 编写微程序； 7． 了解并说明模型机的输入/输出模块； 8． 各部件设计时，说明部件中数据和控制信号的来源、去向、功能、时序、以及部件之间数据 和控制信号的来源、去向、功能和时序等。
    四、八位模型机设计 4.1 总体结构 总体结构设计的内容包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各 种信息传送路径，以及为实现这些传送所需要的微命令。 1.寄存器 （1）可编程寄存器（8 位） 通用寄存器：R0 、R1 程序计数器：PC 程序状态字寄存器：PSW （2）非编程寄存器（8 位） 暂存器 C：暂存来自主存的源地址或源操作数。 暂存器 D：暂存来自主存的目的操作数地址或目的操作数。 指令寄存器 IR：存放现行指令。 地址寄存器 MAR：提供 CPU 访问主存的地址。 数据缓冲寄存器 MBR：与数据总线双向连接，存储数据、控制命令与操作。 2.运算部件 （1）运算部件以算术、逻辑运算部件 ALU 为核心，采用两片 4 位的 SN74181（负逻辑）芯片，由微 命令 M、S0、S1、S2、S3 选择 ALU 操作功能，C0 是送入最末尾的进位信号。 （2）ALU 输入端设置 A、B 两个多路选择器，用以选择数据来源，具体见数据通路图。 3.总线与数据通路结构 （1）内总线：八根单向数据传送线，连接到有关寄存器对应的 D 输入端。 （2）系统总线：地址总线、数据总线、控制总线。具体见通路图。
    模型机的数据通路
    4.各类信息的传送路径 （1）指令信息传送 M 读出 数据总线 DB 置入 IR （2）地址信息 PC PC 选择器 A ALU 移位器 内总线 MAR 选择器 A（C0 置 1） ALU 移位器 内总线 PC （3）操作数地址 寄存器间接寻址方式： Ri A（或 B） ALU 移位器 内总线 MAR （4）数据信息传送 寄存器： A（或 B） ALU 移位器 内总线 Rj 寄存器 Ri 寄存器 Ri 主存 M 主存 M 主存： 移位器 MBR 数据总线 M ALU 寄存器： 数据总线 主存： MBR MBR ALU Ri ALU R0 ALU MBR M （5） CPU 寄存器 存器，采用统一编址的系统连接方式。 主存 外围设备。 外围设备，外围设备接收或发送数据，一般都通过外围接口中的缓冲寄 数据总线 M 5.微命令设置 MBR 数据总线 接口 外围设备 （1） ALU 输入选择：R0 R0 功能选择：S3 A，R1 A，C A，D A，PC A， B，R1 S2S1S0M C0 B，D B，PSW B，MBR B，C （2）移位器功能选择：直传 DM、左移、右移 （3）分配脉冲：CPR0、CP R1、CPMAR、CPMBR、CPPC、CPPSW、CPC、CPD （4）与系统总线及主存有关的微命令：EMAR、SMBR、SIR、R、W 5.微命令设置 （1） ALU 输入选择：R0 R0 A，R1 A，C A，D A，PC A， B，R1 功能选择：S3S2S1S0M C0 B，D B，PSW B，MBR B，C （2）移位器功能选择：直传 DM、左移、右移 B B
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