八位模型机设计
嵌入式的8位CISC模型机设计 课程设计
嵌入式的8位CISC模型机设计目录一、设计目的.............................................................................................................................. - 1 -二、设计题目及要求.................................................................................................................. - 1 -三、设计方案.............................................................................................................................. - 1 -1.模型机的总体设计........................................................................................................... - 1 -3. 模型机机器指令格式和指令系统................................................................................. - 2 -4．时序产生器的设计原理及时序波形图........................................................................ - 2 -5. 微程序流程图................................................................................................................. - 3 -6、微程序控制器单元........................................................................................................ - 4 -8、机器语言的源程序........................................................................................................ - 5 -四、设计的过程与步骤.............................................................................................................. - 5 -1、设计各单元电路............................................................................................................ - 5 -ALU单元 .................................................................................................................... - 5 -状态条件寄存器单元.................................................................................................. - 6 -暂存寄存器、通用寄存器、地址寄存器、指令寄存器单元.................................. - 6 -1：2分配器单元......................................................................................................... - 6 -3选1数据选择器单元............................................................................................... - 6 -4选1数据选择器单元............................................................................................... - 6 -程序计数器单元.......................................................................................................... - 6 -主存储器单元.............................................................................................................. - 6 -时序产生器单元.......................................................................................................... - 6 -微程序控制器单元...................................................................................................... - 6 -2、设计CISC模型机的顶层电路图................................................................................. - 7 -五、模型机的各单元VHDL源程序......................................................................................... - 7 ---ALU的VHDL源程序ALU.vhd ............................................................................. - 7 ---状态条件寄存器的VHDL源程序LS74.vhd.......................................................... - 8 --- 8位数据寄存器的VHDL源程序LS273.vhd........................................................ - 9 --- 1：2分配器的VHDL源程序FEN2.vhd ............................................................... - 9 ---3选1数据选择器单元VHDL源程序MUX3.vhd .............................................. - 10 ---4选1数据选择器单元VHDL源程序MUX4.vhd .............................................. - 10 ---程序计数器单元VHDL源程序PC.vhd ............................................................... - 11 ---主存储器单元VHDL源程序ROM16.vhd ........................................................... - 12 ---时序产生器单元的VHDL源程序COUNTER.vhd ............................................. - 12 ---控制存储器CONTROM的VHDL源程序CONTROM.vhd .............................. - 14 ---微命令寄存器MCOMMAND的VHDL源程序MCOMMAND.vhd ................. - 15 ---微地址转换器F2的VHDL源程序F2.vhd .......................................................... - 17 ---微地址转换器F3的VHDL源程序F3.vhd .......................................................... - 17 -六、模型机的单元电路图及系统顶层电路图........................................................................ - 18 -七、模型机的功能仿真和硬件验证........................................................................................ - 23 -1、功能仿真波形图.......................................................................................................... - 23 -2、硬件验证...................................................................................................................... - 24 -八、设计总结............................................................................................................................ - 24 -九、参考文献............................................................................................................................ - 24 -课程设计题目：组成原理课程设计嵌入式的8位CISC模型机设计一、设计目的通过课程设计加深对计算机各功能部件的理解；掌握数据信息流和控制信息流的流动和实现过程，建立起整机概念；培养设计、开发和调试计算机的能力。
8位机微程序控制器模型计算机的设计与实现
8位机微程序控制器模型计算机的设计与实现以8位机微程序控制器模型计算机的设计与实现为题，本文将详细介绍该计算机的设计原理、工作方式以及实现过程。
一、引言计算机是现代社会不可或缺的工具，它的发展离不开控制器的设计与实现。
微程序控制器是一种常见的控制器设计方式，它通过一组微指令来控制计算机中的各个部件，实现计算机的操作功能。
二、设计原理8位机微程序控制器模型计算机的设计原理主要包括微程序存储器、微指令控制器、指令译码器和各个部件之间的连接。
1. 微程序存储器：微程序存储器存储了一组微指令，每个微指令对应一条计算机指令的执行步骤。
微指令包括操作码、地址码和控制信号等信息。
2. 微指令控制器：微指令控制器根据当前指令的操作码从微程序存储器中读取对应的微指令，并将其中的控制信号传递给各个部件，控制其工作。
3. 指令译码器：指令译码器将指令的操作码解析为对应的微指令地址，并发送给微指令控制器。
4. 各个部件之间的连接：微指令控制器将控制信号传递给各个部件，包括算术逻辑单元、寄存器、存储器等，控制其进行相应的操作。
三、工作方式8位机微程序控制器模型计算机的工作方式主要包括指令执行和状态转移两个过程。
1. 指令执行：当一条指令被加载到计算机中后，指令译码器将其操作码解析为对应的微指令地址，并发送给微指令控制器。
微指令控制器根据微指令地址从微程序存储器中读取对应的微指令，并将其中的控制信号传递给各个部件。
各个部件根据接收到的控制信号进行相应的操作，完成指令的执行。
2. 状态转移：在指令执行过程中，根据指令的要求或者计算机内部的状态变化，微指令控制器可能需要进行状态转移。
状态转移是通过修改微指令控制器中的当前微指令地址实现的。
微指令控制器在当前指令执行完毕后，根据状态转移条件来确定下一条微指令的地址，从而实现状态的转移。
四、实现过程8位机微程序控制器模型计算机的实现过程主要包括微程序存储器的设计、微指令控制器的设计以及各个部件的连接与控制。
8位模型计算机的设计
BUS←RAM，DR1←BUS
OUT←DR1
(5)JMP 指令
无条件转移指令 JMP，以紧跟在操作码后的字节的内容作为转移地址。将该
二. 指令系统结构及其功能确定 ..................... 5 1.模型及指令系统 ................................ 5 2.模型机的微指令 ................................ 6 3.微程序设计方法 ................................ 7
AR←PC, PC←PC ;以 AR 的内容作为去操作数的地址 BUS←RAM，AR←BUS ;AR 指向存放操作数的 ARM 单元 BUS←RAM，DR2←BUS ;RAM 中的数据通过 BUS 送 DR2
将 R0 中的数据送 DR1，即 DR1←R0
在 ALU 中进行加法运算，运算结果送 R0，即 R0←（DR1）+（DR2）
(3)STA 指令 向 RAM 写数据操作的 STA 指令已紧跟在操作码后的字节作为存放操作数的地
址，将 R0 中的数据存入该地址单元。首先将紧跟在操作码后的字节的内容送地 址寄存器 AR：
AR←PC，PC←PC+1 ；以 PC 的内容作为存数据的地址 BUS←RAM，AR←BUS ；AR 指向存放操作数的 RAM 单元 然后将 R0 的内容写入该地址的 RAM 单元中： BUS←R0，RAM←BUS (4)OUT 指令 输出指令 OUT，以紧跟在操作码后的字节作为读出数据的地址，将该单元的 内容通过 DR1 输出到 OUT 端口。首先将紧跟在操作码后的字节的内容送给地址 寄存器 AR： AR←PC，PC←PC+1 ；以 PC 的内容作为取数据的地址 BUS←RAM，AR←BUS ；AR 指向存放操作数的 RAM 单元 然后将 RAM 单元的内容读出到 DR1，并送往输出端口 OUT：
基于8位模型机的定点原码一位乘法的实现
8位模型机是一种通用的电子计算机，可以实现各种算法运算。
本文将重点介绍如何在8位模型机上实现定点原码一位乘法运算，以及具体的实现方法。
一、定点原码一位乘法运算介绍
定点原码一位乘法是指两个数在二进制表示下的乘法运算中，将其中一个数按照原码形式进行运算，即将数值和符号表示在不同的位上。
该运算可以用于处理正数、负数的乘法运算。
二、实现方法
在8位模型机中实现定点原码一位乘法，可以采用硬件电路或软件算法两种方法。
硬件电路方法需要设计乘法器，用于实现两个8位二进制数的乘法。
具体来说，乘法器需要先将其中一个数（被乘数）的符号位进行扩展，然后把两个数乘起来，最后将符号位重新还原。
这种方法的优点是速度快，但是实现难度较大。
软件算法方法可以采用循环累加法，即对于被乘数和乘数的每一位，分别进行乘法运算，然后将得到的乘积加起来，最终得到结果。
这种方法的优点是实现简单，但是速度相对较慢。
三、具体实现过程
本文以软件算法方法为例，介绍如何在8位模型机上实现定点原码一位乘法。
1. 首先定义两个8位二进制数作为被乘数和乘数。
2. 对于被乘数和乘数的每一位，进行乘法运算。
3. 将得到的乘积加起来，得到最终结果。
4. 对于结果的符号位进行处理。
5. 输出结果。
四、总结
本文介绍了在8位模型机上如何实现定点原码一位乘法运算，其中包括硬件电路和软件算法两种方法。
对于软件算法，采用循环累加法可以简单实现。
在实际应用中，可以根据不同的需求选择不同的实现方式。
该算法可以用于处理正数、负数的乘法运算，为计算机科学的发展提供了基础。
计算机组成原理8位模型机系统逻辑功能设计毕业论文
计算机组成原理8位模型机系统逻辑功能设计毕业论文目录第1章绪论 (1)1.1本课题发展概述 (1)1.2本课题的目的和意义 (1)1.3本课题所需技术要求 (2)1.4本课题发展现状 (2)1.5指导思想及主要解决问题 (3)第2章辅导答疑系统需求分析与设计 (4)2.1系统主要实现的目标 (4)2.2系统基本设计思想 (4)2.2系统功能需求分析 (5)2.2.1系统功能描述 (5)2.2.2数据流程分析 (5)2.2.3系统实体关系分析 (7)2.2.4系统数据库设计[16] (7)2.3系统可行性分析与环境要求 (9)2.3.1 可行性分析 (9)2.3.2系统环境要求 (10)第3章辅导答疑系统总体设计方案 (11)3.1系统体系结构设计 (11)3.1.1 客户端层设计 (11)3.1.2 中间层设计 (12)3.1.3 数据层设计 (12)3.2功能模块设计 (12)3.2.1学生模块主要功能 (13)3.2.2 教师模块主要功能 (13)3.2.3管理员模块主要功能 (14)3.3实现系统方案的关键技术 (14)3.3.1 Java技术简介 (14)3.3.2 JSP技术简介 (14)第4章辅导答疑系统详细设计与实现 (17)4.1系统架构的设计 (17)4.1.1常量层设计 (17)4.1.2系统资源层设计 (17)4.1.3系统WEB层设计 (17)4.1.4系统业务逻辑层设计 (17)4.1.5系统持久层设计 (18)4.2 MVC+DAO实现模块主要功能 (18)4.2.1 MVC框架 (18)4.2.2 MVC整体结构 (18)4.2.3页面控制器 (19)4.2.4视图 (20)4.2.5模型 (21)4.3管理员模块的实现 (21)4.3.1 Login.jsp登录页面 (21)4.3.2 LoginController登录控制器 (23)4.3.3 AdminDao管理逻辑 (23)4.3.4 AdminDaoImpl管理业务的实现 (24)4.3.5 DaoFactory静态工厂 (31)4.3.6 AdminVO对象 (32)4.3.7 Dbconnector数据库联接 (32)4.3.8 管理员登录截图 (35)第5章辅导答疑系统测试与评价 (36)5.1测试环境 (36)5.1.1 系统软件 (36)5.1.2 系统硬件 (36)5.2测试方案 (36)5.2.1管理员模块测试 (36)5.2.2教师模块测试 (37)5.2.3学生模块测试 (37)5.3部分功能测试结果图 (37)5.4 系统评价 (39)结论 ................................................ 错误！未定义书签。
8位模型机设计-指令系统及通用寄存器设计
东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院计算机组成原理课程设计专业名称计算机科学与技术班级学号学生姓名指导教师设计时间2014.12.22~2015.1.2课程设计任务书专业：计算机科学与技术学号：学生姓名（签名）：设计题目：8位模型机设计－指令系统及通用寄存器设计一、设计实验条件综合楼808实验室二、设计任务及要求总的设计目标是：设计一个8 位的模型机，其组成为：总线结构:单总线，数据总线位数8位、地址总线8位；●存储器:内存容量64K*8bit●控制器:用硬联线控制器实现26位微操作控制信号●运算器:单累加器，实现加、减等8种操作外设：●输入：用开关输入二进制量●输出：7段数码管和LED显示指令系统规模：64 条指令，7种类型，5种寻址方式本组任务是：1.设计12、15、22、32号指令；2.模型机的通用寄存器R1设计；3.BCD编码器的设计。
三、设计报告的内容1.设计题目与设计任务（设计任务书）设计内容如下：1、指令系统设计：ADDC A, #II 将立即数II加入累加器A中带进位SUB A, EM 从A中减去存储器EM地址的值AND A, @R? 累加器A“与”间址存储器的值MOV A, #II 将立即数II送到累加器A中2、模型机硬件设计：通用寄存器R13、逻辑电路设计：BCD码编码器2.前言（绪论）(设计的目的、意义等)1.融会贯通计算机组成原理课程的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各个模块的工作原理及相互联系的认识；2.学习运用VHDL进行FPGA/CPLD设计的基本步骤和方法，熟悉EDA的设计、模拟调试工具的使用，体会FPGA/CPLD技术相对于传统开发技术的优点；3.培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践经验。
3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等）【系统设计】1、模型机逻辑框图图1 模拟机整体逻辑框图图2 XCV200芯片引脚图3 CPU逻辑框图2、指令系统设计：ADDC A, #II 将立即数II加入累加器A中带进位助记符：ADDC A, #II类型：算数运算指令寻址方式：立即数寻址指令格式：第一字节001011XX第二字节立即数：SUB A, EM 从A中减去存储器EM地址的值助记符：SUB A, EM类型：算数运算指令寻址方式：存储器直接寻址指令格式：第一字节001110XX第二字节存储地址：AND A, @R? 累加器A“与”间址存储器的值助记符：AND A, @R?类型：算数运算指令寻址方式：寄存器间接寻址指令格式：第一字节010101XX：MOV A, #II 将立即数II送到累加器A中助记符：MOV A, #II类型：数据传送指令寻址方式：立即数寻址指令格式：第一字节011111XX第二字节立即数3、微操作控制信号：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。
8位基本结构模型计算机设计——硬件测试与单步执行
每次双击的位置
数据输出，并控制液晶显示
8位CPU数据输出显示
微指令显示
单步执行8位基本结构模型计算机设计
在上实验中，数据改为外围输入形式
单步执行接入输入外围按键端输入端 绑定 PIN_V5
去掉JTAG_SP元件及相关部分
引脚绑定
注意程序路径
使用模式1
IN端口8数据显示
先按键7复位键一次，再连续 按此键8STEP键，同时观察 液晶显示数据。与仿真波 形数据进行比较。还可用 在系统测试工具或逻辑分 析仪进行测试比较。。。
调用In-System Sources and Probes Editor，选择 Tools-> In-System Sources and Probes Editor
数据输出，并控制液晶显示
8位CPU数据输出显示
下载后，要按一下液晶复位键
CPU复位，按下键1是低电平
微指令显示
In-System Sources and Probes测试工具在测试
RST键8
键2IN端口高4位数据输入键 I键1N端口低4位数据输入键
Cnt3内部电路
CC
CC元件的实现： IP Catalog 搜索LPM_Constant，选中LPM_Constant，并双击，输入name为CC，点击OK
CC
CC
引脚绑定 !!! 重新编译，下载到实验箱.
插入液晶模块，连接好排线。 下载好sof文件后，按液晶屏的复位键，并选择模式5，按键1进行CPU复位.
在系统测试电路模块P108
液晶显示通信模块
总原理图（红框为硬件测试改动的部分）
JTAG_SP IP Catalog 输入in-system 进行搜索，选添加元件“JTAG_SP”
8位模型机的设计与实现
结 构和数 据通 路如 图 １所 示． 制 器 是 整个 模 型 机 控
的 中心 ， 由它 来控制 计算 机指 令 的执行 ． 型机执行 模 指 令 的具 体过程 为 ： 先 控 制器 从 指令 寄 存 器 取得 首 指令， 编译 指 令 ， 输 出微 控 制 信 号 ， 制 ＡＬ 的 再 控 Ｕ 运算 ， Ｃ加 １ 并且 从 ＲＡＭ 中取 出数 据 运算 ， 算 Ｐ ， 运
方式后 ， 要掌握 其它类 型 的 寻址 方 式 （ 接寻 址 等） 间 就 比较 容易 了． 由于我 们 设计 模 型 机 的主要 目的 又 是 为 了使 学生掌握 计算机 的工作 原理及 指令在 计算 机 中执行 的流程 ， 而不 是 真 正要 实 现一 台计算 机 产 品 ， 以我们 只在模 型机 中实现这 两种 寻址方式． 所
觉得 计 算 机 组 成 原 理 整 机 实验 不 再 抽 象 难 懂 ． 关 键 词 ：模 型 机 ； 计 与 实 现 ； 设 ＶＨＤＬ 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ３ Ｐ ０ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ 一 ｌ ９ （ ０ １０ — ０ ７ —０ ６ １ ｌＸ ２ １ ）１ ０ １ ３
立 即数或 存储 单元 等操 作 数 ， ４位用 于保 存 指令 高 操 作码 ， 模型 机 的指令 格式 如图 ２ 示． 所 模型 机指令
系统 包括 数据 传送 类指 令 、 术逻辑 运算 类指令 、 算 转 移类 指令 、 停机 指令 ４类 指令 ， １ 共 ０条指令 ． 每条 指 令 的助记 符 、 令格 式 、 指 机器码 和指令 功能 如表 １所
存 器读 取 下一 条指令 ， 次循 环． 依
０ 引 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
基于VHDL的8位模型计算机的设计与实现
摘要随着计算机在人们生活中重要性和不可或缺性的提高,为了更方便的为大众使用,发展计算机性能成为IT行业的热点,但计算机的部结构极其复杂,为了便于研究便产生了模型计算机。
本文完成了基于VHDL的8位模型计算机的设计与实现。
文中首先阐述了8位模型计算机的原理,然后对其十个功能模块〔算术逻辑运算单元,累加器,控制器,地址寄存器,程序计数器,数据寄存器,存储器,节拍发生器,时钟信号源,指令寄存器和指令译码器进行了分析与设计。
最后在Quartus II 9.0环境下进行了仿真,完成了8位模型计算机的整体实现。
本文综合了计算机组成原理和数字逻辑与系统设计的知识,设计的8位模型计算机能更方便的了解计算机部构造和工作原理。
整个系统的开发体现了在Quartus II软件平台上用VHDL设计数字控制系统的实用性。
关键词：8位模型机； Quartus II ；VHDL语言AbstractWith the improvement of importance and indispensability in computer in people's life,in order to use more conveniently for public ,computer performance is becoming a hot in the IT industry development.but the internal structure of the computer is very complicate,Computer model simplifies the difficulty of the research.This article completed the design and implementation of eight model computer based on VHDL.First ,this article expounds the principle of eight model computer,then divides it into 10 modules<arithmetic logic unit, accumulator, controllers, address register, the program counter and data registers, memory, beat generator, a clock signal, instruction register and instruction decoder>and analyse and design each of them.Finally under the environment of the Quartus II 9.0 simulation, completed overall implementation of the 8 model computer. The analysis and design of the eight model computer integrated the knowledge of computer constitute principle and Digital logic and system design. The design of the eight model computer can be more convenient to understand internal structure and working principle.The whole system development manifests the practicability of designing the numerical control system on the Quartus II software platform with VHDL.Key words:eight model computer ; VHDL language; Quartus II目录1 绪论11.1 本课题研究的目的11.2 本课题研究的背景及意义12 基于VHDL编程的基础知识32.1 VHDL语言概述32.2 VHDL的设计流程 (4)2.3 有关Quartus II 的介绍52.4 本课题基于Quartus II的设计流程73 基于VHDL8位模型机的原理与设计73.1 模型计算机的原理73.2 模型机的总体设计要求83.3 模型机逻辑框图的设计83.3 模型机的指令系统设计83.4 模型机的指令执行流程设计83.5 基于VHDL8位模型机各模块的设计与实现 (10)3.5.1 算术逻辑单元ALU模块103.5.2 累加器模块113.5.3 控制器模块123.5.4 节拍发生器143.5.5 指令寄存器模块IR和指令译码器163.5.6 时钟产生器173.5.7 程序计数器模块183.5.8 地址寄存器MAR203.5.9 存储器RAM213.5.10 数据寄存器DR224 基于VHDL的8位模型计算机的实现234.1 基于VHDL的微程序执行流程图234.2 8位模型机的顶层原理图设计244.3 基于VHDL的8位模型机工作流程244.4 顶层VHDL源程序设计254.4.1 头文件cpu_defs的VHDL设计254.4.2 CPU的VHDL源程序设计264.5 8位模型机的整体实现34结论34致 35参考文献36附录A 英文原文.......................................... 错误!未定义书签。
8位CISC计算机设计解读
8位CISC计算机设计班级：09电子信息工程C班学号：091524****姓名：***日期：2012年4月26日一．实验目的1．深入理解基本模型计算机的功能、组成知识； 2．深入学习计算机各类典型指令的执行流程；3．学习微程序控制器的设计过程和相关技术，掌握LPM_ROM 的配置方法。
4．在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模型计算机。
5．定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。
掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表。
6．通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。
二．实验原理1．在部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。
实验中，计算机数据通路的控制将由微过程控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
2．指令格式 （1）指令格式采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：其中，其中IN 为单字长（8位二进制），其余为双字长指令，XX H 为addr 对应的十六进制地址码。
为了向RAM 中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。
8位CISC 计算机设计 班级：09电子C 学号：091524**** ***1,存储器读操作（KRD ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SW A 、SWB 为“0 0”时，可对RAM 连续手动读入操作。
2,存储器写操作（KWE ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SW A 、SWB 为“0 1”时，可对RAM 连续手动写操作。
3、启动程序（RP ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SW A 、SWB 为“1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，启动程序运行。
硬件课设-微型复杂模型机
南京理工大学硬件课程设计（I）实验报告学院：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术姓名：姜茜学号：912106840208姓名：付艳荣学号：912106840109一、课程设计目的综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。
二、课程设计要求搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令等，并且有各种不同的寻址方式。
数据格式及指令系统1、数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：其中第7位为符号位，数值表示范围是：－1≤X＜1。
2、指令格式模型及设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令、数据传送类指令。
指令系统应包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令。
指令格式如下：所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT 和 MOV）格式如下：其中，OP-CODE 为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，并规定：IN和 OUT 的指令格式为：其中括号中的 1 表示指令的第一字节，2 表示指令的第二字节，OP-CODE 为操作码，RS为源寄存器，RD 为目的寄存器，P 为 I/O 端口号，占用一个字节。
系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址。
其中M 为寻址模式，具体见下表，以 R2 做为变址寄存器 RI。
三、课程设计内容1、指令系统列表2、微操作流程图序号 汇编指令OP-CODERS RD P/D 功能1 IN R0,P 0000 / 00 P 从端口P 输入数据到R02 MOV R0，R2 0001 00 10 / 将R0寄存器值移动至R1寄存器3 ADD R1，R0 0010 01 00 / R0+R1值送到R14 SHL R0 0011 / 00 / R0值左移一位5LOAD R0,[R2+5] 0100 00 [R2+15] /将R0的值放到[R2+15]的内存地址空间6 AND R0,R1 0101 00 02 / R0，R1逻辑与送到R17 JMP 0BH 0110 / / / 跳转指令，跳到0BH 处8 OUT P,R0 0111 00 / P 把R0数据输出到端口P9 INC R1 1000 / 01 / R1寄存器值自增110 STORE [40H],R0100100[40H]/将R0的值存入内存的40H 单元3、微程序列表//** Start Of MicroController Data **//$M 00 000001 $M 01 006D42 $M 02 107050 //IN 指令$M 03 106004 $M 04 183001 //MOV 指令$M 06 00B401 //ADD 指令$M 08 002409 $M 09 04B201 //SHL 指令$M 0B 03B201NOPPA-〉AR PC+1-〉ARMEM-〉P<1>P->A RI/O-> R0R0->R2R0-.>ALU -AA+B->R 1A+B->R 1左移一位R0-.AL U-APC->AR PC+1->MEM-.>AL U-A R1->ALU-BR0-.>ALU -AA+B->R1MEM->R0PC->AR PC+1->R1->ALU-P->A RMEM->PCPC->AR PC+1->PR0->I/OA+1->R1MEM->ARR0->MEM$M 0C 002413//LOAD指令$M 0D 00980E$M 0E 006D4F$M 0F 10A020$M 20 04E221$M 21 10B001//AND指令$M 23 002424$M 24 013201$M 25 200626//JMP指令$M 26 105141//OUT指令$M 28 106029$M 29 280401//INC指令$M 2B 06B201//STORE指令$M 2D 006D6E$M 2E 10602F$M 30 006D44$M 31 001606$M 32 001607$M 33 001609$M 34 001410$M 35 001612$M 36 006C14$M 37 006C15$M 38 006D57$M 39 006D5A$M 3A 006D60$M 3B 006D50$M 3C 006D5C$M 3D 006D5E$M 3E 006D68$M 3F 006D6C; //** End Of MicroController Data **// 4、验证程序//***** Start Of Main Memory Data *****// $P 00 00(1)IN R0,P 从端口P输入数据到R0$P 01 00(2)MOV R0，R2 将R0寄存器值移动至R2寄存器$P 02 12(3)ADD R0，R1 R0+R1值送到R1$P 03 21(4)SHL R0 R0值左移一位$P 04 30(5)LOAD [R2+5] ，R0 将[R2+5]的值放到R0的内存地址空间$P 05 40$P 06 0F(6)AND R0,R1 R0，R1逻辑与送到R1$P 07 51(7)JMP 0BH 跳转指令，跳到0BH处$P 08 60$P 09 0B(8)OUT P,R0 把R0数据输出到端口P$P 0B 70$P 0C 47(9)INC R1 R1寄存器值自增1$P 0D 85(10)STORE [40H],R0 将R0的值存入内存的40H单元$P 0E 90$P 0F 40; //***** End Of Main Memory Data *****//四、课程设计总结从最开始做实验，我们就逐渐体会到了硬件课设的魅力所在，首先接线方面稍不留意就会造成打错，所以对我们严谨求实的态度有了新的要求，同时也对计算机这门学科有了新的认识：软件与硬件的统一、程序与电路的融合。
8位模型计算机自动测试系统的设计与实现
０ 引 言
（ ｌ 机 组 成 原 理 》 程 是 大 学 本 科 计 算 机 科 学 与 （－ ｔ算 课
技 术 专 业 的 主 干 课 程 ， 《 算 机 组 成 原 理 》 程 设 计 而 计 课 是 学 习这 门 课程 的 关键 实 践 环 节 所 采 用 的实 验 设 备
控 制 器 模 块 由 Ｎ ２ Ｃ１ ＭＣ ７ ６芯 片 、４ Ｓ ６ ７ Ｌ １ １芯 片 、
７ Ｌ ２ ３芯 片 、４ Ｓ ２ ４ Ｓ７ ７ Ｌ １ ５芯 片 、４ Ｓ ４芯 片 和 ７ Ｌ ０ ７Ｌ７ ４Ｓ８
芯 片 所 组 成 ． 要 作 用 是 将 指令 编 译 为 控 制 信 息 ． 按 主 并
操作次序将这些信息传送给相关部件
时 序 模 块 由 ７ Ｌ ３ 片 、４ Ｓｌ ４ Ｓ７ ７ Ｌ １ 片 、４ Ｓ ９ ７Ｌ３３ 芯 片 、４ Ｓ ２ ７ Ｌ １ ３芯 片 和 Ｌ ５ Ｍ５ ５芯 片 所 组 成 ． 要 作 用 是 主
现 存 储 器 模 块 的读 写 操 作
运 算 器 模 块 由 ７ Ｌ １ １芯 片 、４ Ｓ ７ ４Ｓ８ ７ Ｌ ２ ３芯 片 和
７ ［ ２ ４芯 片所 组 成 ．主 要 作 用 是 完 成 对 操 作 数 的 运 ４ ４ ￥
算 功 能
图 １ 测 试 系 统 的 结构
收 稿 日期 ： ０ ２ ７ ０ ２ １ —０ — ３ 修 稿 日期 ：０ ２ ０ —２ ２１— ８ ０
是 ８位 模 型 计 算 机 由运 算 器 、 储 器 、 程 序 控 制 器 和 存 微
时 序 电路 等 模 块 组 成 课 程 设 计 规 模 较 大 ． 线 较 多 ． 接
很 容 易 出现 接 线 错 误 或 设 备 故 障 ． 成 实 验 无 法 进 行 造 闪此 ． 实 验 前 ． 要 对 实 验 设 备 进 行 测 试 如 果 采 用 在 需 手工测 试 ． 则工 作 量 过 大 ， 乎 无 法 实 现 本 文 设 计 了 儿 基 于 ＭＣ 一 】 单 片 机 自动 测 试 系统 ， 别 对 运 算 器 、 Ｓ５ 的 分
8位模型计算机自动测试系统的设计与实现
8位模型计算机自动测试系统的设计与实现秘海晓;富坤;耿恒山;孙晓丽;王晓东【期刊名称】《现代计算机（专业版）》【年(卷),期】2012(000)016【摘要】描述基于MCS-51的自动测试系统的设计，实现对8位模型计算机的自动测试过程。
对8位模型计算机的测试流程进行详细分析，绘出模型机的存储器模块、运算器模块和控制器模块的测试流程图，编写各模块的C语言测试程序。
通过大量实验。
完成时8位模型计算机的自动测试，整机测试执行时间不超过10秒钟。
%Describes the design of automatic test system based on MCS-51, which realizes the test process to the 8-bit model computer. Analyzes the 8-bit model machine test process in details, and draws test flow charts and writes test codes by C language, which contain memory module, ALU module and control module of the model computer. Through a lot of experiments, the test system completes the automatic test to 8-bit model computer, and the time of testing all modules is not more than ten seconds.【总页数】4页(P74-77)【作者】秘海晓;富坤;耿恒山;孙晓丽;王晓东【作者单位】河北工业大学计算机科学与软件学院,天津300401;河北工业大学计算机科学与软件学院,天津300401;河北工业大学计算机科学与软件学院,天津300401;河北工业大学计算机科学与软件学院,天津300401;河北工业大学计算机科学与软件学院,天津300401【正文语种】中文【中图分类】TP274【相关文献】1.某型机电综合管理计算机便携自动测试系统的设计与实现 [J], 周前柏;王剑博;肖鹏2.航空电机计算机自动测试系统的设计与实现 [J], 马永平;张泾周;张光磊3.基于CMM模型的计算机管理信息系统评价指标的设计与实现 [J], 高川4.基于统一基线数据模型的计算机终端基线检查工具设计与实现 [J], 陆庭辉;郭凤婵;吴毅良;刘翠媚5.水泵及水泵装置性能计算机自动测试系统设计与实现 [J], 葛强;纪晓华;陈松山;陈玉明;严登丰;储剑波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
简单8位模型机设计
计算机组成原理课程设计报告130732102015．7. 128位模型机总体结构设计8位模型机数据通路设计8位模型机具体部件设计图时序发生器CLK : 时钟信号HALT: 停机信号m[7..0] : 输出时序信号Timer波形程序计数器CPPC ：上升沿控制信号PC1 :PC自加一控制信号PC-BUS :三态门控制BUS[7..0] : 数据输入/输出运算器BUS[7..0] : 数据输入/输出CPSA：A暂存器控制信号CPSB：B暂存器控制信号ALU-BUS ：三态门控制CN ：运算信号M ：运算信号S[3..0] ：运算控制信号通用寄存器组BUS[7..0] : 数据输入/输出WE ：写入控制信号使能端WA ：寄存器写入控制信号WB ：寄存器写入控制信号RE：读取控制信号使能端RA：寄存器读取控制信号RB ：寄存器读取控制信号主存BUS[7..0] : 数据输入/输出CPMAR : 主存地址写入控制信号WRE ：主存写入控制使能端WR ：主存写入控制信号RD主存读取控制信号RAM-BUS ：三态门控制CPMDR ：主存数据写入控制信号总线暂存器BUS[7..0] : 数据输入/输出CPBUS ：暂存器输入控制信号OUTBUS：暂存器输出控制信号uPCIR控存8位模型机机器指令设计8位模型机微指令表8位模型机微指令8位模型机模型机调试波形MOV A, 88HMOV B, 66HADD A, BDEC AAND A, BINC AHALTJMP 80h8位模型机指令汇总公共取值（小组共同）MOV A , 88H （小组共同）MOV B , 66H （自己设计）ADD A, B （小组共同）DEC A （自己设计）AND A, B （小组设计）DEC A （自己设计）JMP 80H （小组设计）HALT （小组设计）心得体会在完成了本次课程设计后，我的感触颇多。
首先，我深刻的体会到了计算机结构的复杂性，感受到这门学科的奥妙和趣味，真正的意识到计算机是人类历史上最伟大的发明。
基于8位模型机的定点原码一位乘法的实现
基于8位模型机的定点原码一位乘法的实现本文将介绍基于8位模型机的定点原码一位乘法的实现方法。
在数字电路中，乘法是一个重要的运算，尤其在数字信号处理和计算机系统中。
因此，设计高效的乘法器对于数字电路的性能和速度至关重要。
在本文中，我们将讨论一种基于8位模型机的定点原码一位乘法的实现方法，该方法具有较高的性能和效率。
一、定点原码乘法在定点原码乘法中，两个被乘数和乘数都是有符号的二进制数。
因此，我们需要对它们进行符号扩展，以便进行正确的乘法运算。
具体方法如下：1. 将被乘数和乘数的符号位分别提取出来，得到两个符号位。
2. 对被乘数和乘数的符号位进行符号扩展，即在高位插入符号位的值，得到两个扩展后的二进制数。
3. 将两个扩展后的二进制数进行乘法运算，得到一个结果。
4. 对结果进行截断，去掉多余的位数，得到最终的乘积。
二、基于8位模型机的定点原码一位乘法在本文中，我们将介绍一种基于8位模型机的定点原码一位乘法的实现方法。
该方法具有以下特点：1. 采用模型机的方式实现，具有较高的效率和性能。
2. 采用定点原码乘法，可以进行符号扩展和截断操作，得到正确的结果。
3. 采用一位乘法，可以进行多位乘法的实现，从而实现高效的数字电路。
该方法的实现步骤如下：1. 将被乘数和乘数的符号位分别提取出来，得到两个符号位。
2. 对被乘数和乘数的符号位进行符号扩展，即在高位插入符号位的值，得到两个扩展后的二进制数。
3. 将两个扩展后的二进制数进行一位乘法运算，得到一个结果。
4. 对结果进行截断，去掉多余的位数，得到最终的乘积。
在实现过程中，我们采用了模型机的方式，即将数字电路中的元件和信号抽象成一个模型，然后通过模型机的方式进行计算。
具体来说，我们采用了8位模型机，将数字电路的元件和信号抽象成8位二进制数，并通过模型机进行计算。
三、实现结果我们使用Verilog语言实现了基于8位模型机的定点原码一位乘法，并进行了仿真和测试。
仿真结果表明，该方法具有较高的性能和效率，可以进行高效的数字电路设计。
8位逻辑计算机设计
4）内部寄存器的种类和数量
助记符
机器码1
机器码2
注释
_FETCH
00
00000
取指令
寄存器R？的值加到A上
图1.0 8位微型计算机开发设计过程
图1.1逻辑框图
表1.0功能设计
模块名称
模块功能
时钟发生器CLKGEN
产生一系列时钟信号，送往CPU其他部件
指令寄存器IR
寄存指令
累加器ACCUM
存放当前的运算结果
算术逻辑运算单元ALU
实现基本运算和操作
数据控制单元DATACTL
控制累加器数据输出
地址多路器ADDR
选择输出的地址是程序地址计数地址还是数据端口
程序计数器PC
提供指令地址
状态机MACHБайду номын сангаасNE
CPU控制核心，产生一系列控制信号，控制某些部件的启动或停止
对系统所需硬件做出初步的估计和选择
1.0对外围设备要求不高。只考虑现实、键盘、和串行口通信
2.0微处理器的考虑因素：
1）字长8位
2）寻址范围和寻址方式
八位模型机设计实验报告大学论文
华北电力大学实验报告||实验名称 8位模型机的设计课程名称计算机组成与结构||专业班级：学生姓名：指导教师：实验日期：目录一、摘要...........................................................................................................................................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、八位模型机整体设计...............................................................................................................4.1总体结构..............................................................................................................................4.2指令系统..............................................................................................................................4.3运算器..................................................................................................................................4.4存储器..................................................................................................................................4.5控制器..................................................................................................................................4.6指令流程图和操作时间表..................................................................................................4.7微指令码..............................................................................................................................五、实验感想与讨论.......................................................................................................................六、参考文献...................................................................................................................................一、摘要模型机采用微程序控制原理。
基于FPGA技术的8位模型机设计与实现
ｓ ｓｅ ｙ ｔ ｍ，ｃ ｌ ｕａ ｏ ，ｃ ｎ ｒｌ ｒ ａｃ ｌｔｒ ｏ ｔ ｌ ，ｍｅ ｒ ｏｅ ｍｏ ｙ，ｔ ｎ ｅ ｅ ａｏ ｎ ｈ ｕ ． Ｉ ｉ ｄ ｓ ｎ ｄ ｏ ｉ ｄ ａ ｄ ｓ ｌｔ ｄ ｕ ｄ ｒｔ ｅ Ｉ ｔｇ ａｅ ｉ ｇ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｂ ｓ ｔ ｓ ｅ ｉ ｅ ，ｃ ｍｐ ｌ ｎ ｉ ａｅ ｎ ｅ ｈ ｎ ｅ ｒｔ ｄ ｍｉ ｇ ｅ ｍｕ
ｌ 模 型 机硬 件 设 计
该 ８位模 型 机逻辑 功 能结构 如 图 １ 示 。 图 中 所
系 统 （ Ｎ ｏ） 乃 至 整个 计 算 机 系 统 都 用 Ｆ Ｇ 如 ｉ ， ｓ Ｐ Ａ来 虚 线框 内包 括运 算 器 、 制 器 、 控 程序 存 储 器 、 据存 数
实现 ， 即所谓 的单 片 系统 ：Ｏ Ｓ ｓ ｍ Ｏ ｈｐ 和 储 器 和微程 序 存 储 器 等 。 虚 线 框 外 部 分 主 要 是 输 Ｓ Ｃ（ ｙｔ ｎａＣ ｉ） ｅ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｍ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔｏ ｆ ａ — ｂｉ ｏ ｅ ｍ ｐｕ ｅ ｓ ｄ ｏ ｓ ｇ ｎｄ Ｉ ｌ ｍ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ８ — ｔ Ｍ ｄ ｌ Ｃｏ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＦＰＧＡ
Ｚ ＨＡＮＧ Ｓ ｅ ｇ ＨＵ Ｊａ ｈ ｎ ｉｎ— ｍｉ Ｃ ｎ ＨＡＩＨｏ ｇ Ｆ ａ ｎ Ｕ Ｌ
Ｅ Ａ技术 和 Ｆ Ｇ Ｄ Ｐ Ａ技 术设 计并 实现 一个 ８位模 型 计 工作 情况 及运 算结 果 。该模 型机 主要 由算术 逻辑 单
２ １
基 于 Ｆ Ｇ 技 术 的 ８位 模 型 机 设 计 与 实 现 ＰＡ
◎张 胜 胡建 明
南昌
蔡
虹
付
娜
（ 昌航 空大学 ， 南 江西
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八位模型机设计
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实验名称八位模型机设计
课程名称计算机组成原理程序设计
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专业班级：计算计科学与技术
学生姓名：
实验日期：2015年5月
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.......................................................................................................... 错误!未定义书签。
二、前言.......................................................................................................... 错误!未定义书签。
三、设计目的、任务与内容.......................................................................... 错误!未定义书签。
3.1设计目的............................................................................................ 错误!未定义书签。
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............................................................................................ 错误!未定义书签。
3.3设计内容............................................................................................ 错误!未定义书签。
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 (10)
4.4存储器 (11)
4.5控制器 (12)
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)
模型机的数据通路
3.操作类型
（1）传送指令：
MOV——传送，操作码00
（2）双操作数算数逻辑指令：
ADD——加法运算，操作码01
（3）双操作数算数逻辑指令：
SUB--减法运算，操作码10
（4）单操作数算数逻辑指令：
COM——求反，操作码11
4.3运算器
1.运算器的组成结构
（1）运算器使用的2片SN74181（负逻辑）组成，采用组内并行组间串行进位的方法，共8位，其组成图如下：
（2）运算器实现的功能表
A加A=2A，算术左移一位
4.4存储器
主存基本组成如下所示，根据MAR中的地址访问某个存储单元时，先经过地址译码、驱动等电路找到所需访问的单元，读出时，需经过放大器将被选中单元的存储字送到MDR，写入时，MDR中的数据也必须经过写入电路才能真正写入到被选中的单元中。
4.5控制器
1.控制器逻辑组成（结构图如下）
（1）控制存储器CM
采用只读存储器，用来存放微程序，每个单元存放一条微指令的代码，需要几十位
（2）微指令寄存器μIR
存放从控制存储器中读取的微指令，分为两个部分：
①微命令字段：直接作为微命令或者分成若干小段经译码后产生微命令
②微地址字段：指明后继地址的形成方式，使微程序连续执行
（3）微地址形成电路
提供两类微地址的形成方式：
①后继微地址：由现行微指令中的控制字段，现行微指令地址，微程序转移时的微指令地址，机器运行状态等决定。
②微程序入口地址：由机器指令的操作码等决定。
（4）微地址寄存器μAR
存放后继微地址
2.微程序的设计
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，称为辅助操作； 3.时序系统的设计
4、CPU 控制流程
模型机微指令格式：
3 3 5 2 2 3 1 1 1 1 2
4 AI
BI
SM
C 0
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
1.基本数据通路控制字段
P 微指令周期
微指令 打入 µIR 控制数据 通路操作
结果打入 目的地，
读取
后续微指令
后续微地址 打入 µAR
0010 按指令操作码OP断定，分支转移
0011 按OP与DR（目的寻址方式是寄存器型或非寄存器型）断定，分支转移
0100 按J（转移成功与否）与PC（指令中指定寄存器是否为PC）断定，分支转移
0101 按源寻址方式断定，分支转移
0110 按目的寻址方式断定，分支转移
0111 转微子程序，将返回微地址存入一个专设的返回微地址寄存器中，并由微指令第34--27位提供微子程序入口，
1000 从微子程序返回，由返回微地址寄存器提供返回地址
4.6操作流程图和时间表
MOV指令
FT0
EMAR CPPC
R CPT[P*]
SIR CPFT
PA->A CPDT。