一台模型计算机的设计与调试

课程设计题目：一台模型计算机的设计与调试

一．设计目的：

1、融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，加深计算机工作中“时间-空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。

2、学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计和调试的实践和经验。

二．设计任务：

1、根据给定的数据格式和指令系统，设计一台微程序控制的模型计算机。

2、根据设计图，在QUARTUS II环境下仿真调试成功。

3、在调试成功的基础上，整理出设计图纸和相关文件，包括：

（1）总框图（数据通路）；

（2）微程序控制器逻辑图；

（3）微程序流程图；

（4）微程序代码表；

（5）设计说明书；

（6）工作小结。

三．设计的数据格式和指令系统：

1、数据格式

数据字规定采用定点整数补码表示法，字长8位，其中最高位为符号位，其格式如下：

2、指令格式

本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下：

IN

ADD

STA

OUT

JMP

说明：IN指令功能是将数据开关的8位数据输入到R0寄存器。

ADD指令功能是将R0寄存器的内容与内存中地址为A的数相加，结果存放在R0寄存器中。STA指令功能是将R0寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。

OUT指令功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，并显示。JMP指令功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。

四、总体设计：

1、总体设计的主要任务是选定所用器件，设计指令流和数据流的数据通路，根据指令系统的要求，总体设计的主要步骤如下：

（1）对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量；

（2）设计总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指令系统所要求的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求；

（3）检查全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号；

（4）检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。

以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。

2、模型机的数据通路图如下：

五、微程序控制器：

1、微指令格式：

后，微程序的横向设计在于正确选择数据通路，纵向设计在于确定后继微指令地址。纵向设计的通常做法是先确定微程序分支处的微地址，因为微程序分支处需要进行判别测试，这些微地址确定后，就可以在“微地址表”中把相应的微地址单元填进去，以免后面的设计中重

复使用，以致造成设计错误。当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段应指明P(1)测试。“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，P(1)测试的结果导致微程序出现多路分支。在本模型机中，只拟设计5条机器指令，故用指令寄存器的前3位（IR7-IR5）作为测试条件，微程序可以实现8路转移，但我们只用到前5路。分支后的微地址分别定为01001B-01101B 。

2、微程序控制器基本原理图：

说明：数据通路图一旦确定，指令流与数据流的通路也就确定了，因而运算器和控制器的大部分结构也就确定下来了。数据通路图中各功能器件上标住的控制点及控制信号，就是微程序控制器设计的依据。

3

1、微程序控制器设计原理图：

2、时序产生器的设计图：

3、数据通路设计图：

五．电路图测试仿真图：

六．实验总结及体会

通过这次课程设计，我从中学到很多重要的知识；同时也明白了很多道理。

首先，在实验前我们应该先要对我们将要做的课程设计有个充分的了解，将原理弄懂，同时也要熟悉我们课程设计所使用的软件，这对我们都是至关重要的，并且会使我们在实验时节省很多时间；然后，根据设计要求想出总体方案，知道设计所需要的器件，再根据方案进行实验。通过这次课程设计我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，将结论用于实践，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。另外在本次的课程设计中，我也学会了如何将复杂问题分解成多个简单模块，这样可以很大程度上简化整个系统的设计以及实现上的难度。我也体会到实验的重要性，它是培养我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。

总之，在此次课程设计中，要想成功，基础知识必不可少，动手能力至关重要，边动手边学习，把知识应用于具体实践，同时又通过实践进一步巩固自己的知识。

计算机组成原理课程设计报告书

姓名：

班级：

学号：

南通大学计算机科学与技术学院

2010年1月