计算机组成原理课程设计41846教学文稿

计算机组成原理课程设计41846

山东英才学院

课程设计（论

文）

设计题目：微程序控制运算器的设计

课程名称：计算机组成原理

院 (系) 部：信息工程学院

学生姓名：邵帅

班级： 11科计技本科班

专业：计算机科学与技术

成绩：

指导教师：王若成

设计时间： 2013年12月

山东英才学院教务处制

二O一三年十二月

微程序控制的运算器的设计

摘要

本设计详细介绍了在可编程ispLSI1032E系统下，采用层次化设计方法，通过把八位全加器、八位计数器、八位寄存器作为底层电路，以设计八位计算机运算器的设计原理和设计过程，其中ALU为8位的加法器，具有加法和加1功能，两操作数由八位寄存器R0、R1提供，其结果放入R2中，具体何种操作可由微命令任意设定。

Abstract

The detailed design of the programmable ispLSI1032E system, the use of hierarchical design method, the eight bit full adder, eight bit counter, eight bit registers as the underlying circuit, the design of eight bit computing the design principle and the design process, where ALU is a 8 bit adder, additive and plus 1function, the two operand is provided by the eight bit registers R0, R1, and the results in R2, which can be set arbitrarily by micro operation command.

目录

一、设计任务与要求 0

1、运算器的结构 0

2、微程序控制器 0

3、微指令格式 (1)

4、编写微指令 (1)

5、调试步骤 (1)

二、设计方案与论证 (2)

1、确定总体结构 (2)

2、寄存器设置 (2)

3、微程序计数器的设置 (2)

4、加法器设置 (2)

三、逻辑设计 (3)

1、微程序计数器的设计 (3)

2、八位寄存器的设计 (5)

3、加法器的设计 (6)

四、设计过程与步骤 (7)

1、创建新项目 (7)

2、选择虚拟器件 (8)

3、设计原理图输入 (8)

4、源文件编译 (9)

5、设计项目适配 (9)

6、编程下载 (10)

7、在实验箱上进行逻辑验证 (11)

五、所遇到的问题及解决办法 (11)

六、结论与心得 (11)

七、参考文献 (13)

八、教师评语 (14)

九、附录 (15)

附录一：微程序控制的运算器设计原理图 (15)

附录二：本课程设计软硬件平台介绍 (18)

一、设计任务与要求

设某计算机运算器，其中ALU

为8位的加法器，具有加法和加1功能，两操作数由八位寄存器R0、R1提供，其结果放入R2中，具体何种操作可由微命令任意设定。

1、运算器的结构

运算器的结构,如图1所示。

2、微程序控制器

微程序控制器的结构图，如图2所示。

当模式开关置于统调时，控制存储器ROM2#、ROM1#、IR15-8、IR7-0、L15-8、L7-0、CPIR、A0～A7均连入1032E系统中。其中，自行设计的微程序计数PC

图1.运算器的结构图

图2.微程序控制器框图

向控制存储器提供8位微地址，在控存读信号的作用下，读出一条长16位的微指令代码，并在打入命令CPIR的作用下，送入IR15-8、IR7-0。L15-8、L7-0用于显示微指令寄存器IR15-8、IR7-0的内容。

每当按一次脉冲键便产生一个负脉冲，该脉冲的作用是：

1.作为读控存的命令。

2.负脉冲当作CPIR将读出的微指令打入微指令寄存器IR。

3.负脉冲的上升沿使PC＋1形成下一条微指令的地址。

4.负脉冲反相后的上升沿作为寄存器打入脉冲。

3、微指令格式

微指令格式，如图3所示。

图3.微指令格式

字段分配：

μIR15-μIR8：定义为8位操作数；

μIR7：为1，C0=1；为0 C0=0；

μIR6：为1，产生CPR0；

μIR5：为1，产生CPR1；

μIR4：为1，产生CPR2；

4、编写微指令

实验要求：用二进制代码写出下面3 条指令的微程序:例如55+AA→R2执行过程55→R0 AA→R1 R0+R1→R2结束。

0101 0101 0100 0000

1010 1010 0010 0000

0000 0000 0001 0000

5、调试步骤

首先，将模式开关置于统调，涉及运算器和uPC逻辑线路并下载至1032E中；再将模式开关置于分调，键入微指令十六进制代码至空存ROM2#、ROM1#中，微指令

从0号单元开始存放。然后，将模式开关置于统调，按一次RET2键将uPC置零，每按一次脉冲键读出一条微指令。当微程序执行完时检查并记录结果。

二、设计方案与论证

1、确定总体结构

程序设计的总体结构，如图4所示。

图4.系统的总体结构

2、寄存器设置

R0、R1、R2为8位的通用寄存器；R0、R1 R2为不带复位的寄存器。

系统中R0、R1为通用寄存器，可存放源操作数、R2为通用寄存器，可存放中间结果或最终结果；每个寄存器均由8个D触发器构成。

3、微程序计数器的设置

uPC采用的是8位二进制异步加法计数器，微程序计数器的值通过加1实现的。复位信号有效时，计数器uPC清零。

4、加法器设置