基础硬件综合设计硬连线控制器CPU设计

武汉工程大学计算机科学与工程学院综合设计报告设计名称：基础硬件综合设计设计题目：硬连线控制器CPU设计学生学号：专业班级：学生姓名：学生成绩：指导教师（职称）：完成时间：武汉工程大学计算机科学与工程学院制说明：1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生；四、五两项（中英文摘要）由学生在完成综合设计后填写。2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个综合设计期间的表现、设计完成情况、报告的质量及答辩等方面，给出客观、全面的评价。4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节。凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。5、报告正文字数一般应不少于5000字，也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。6、平时表现成绩低于6分的学生，其综合设计成绩按不及格处理。7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用于学院各类综合设计），各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。答辩记录表学生姓名：学号：班级：答辩地点：答辩内容记录：答辩成绩合计分值各项分值评分标准实际得分合计得分备注2510在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。15在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。答辩小组成员（签字）：年月日成绩评定表学生姓名：学号：班级：类别合计分值各项分值评分标准实际得分合计得分备注平时表现1010按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。完成情况3020按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。10能对其设计内容进行详细、完整的介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。报告质量3510报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。5课题背景介绍清楚，综述分析充分。5设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。5符号统一；图表完备、符合规范要求。5能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。5参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。答辩情况2510在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。15在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。总评成绩指导教师评语指导教师：（签字）日期：年月日一、综合设计目的、条件、任务和内容要求：基于VerilogHDL或者中小规模数字集成电路芯片，使用QuartusII或者Multisim软件仿真，设计一个硬连线控制器CPU，要求如下：1、CPU字长不少于4位；2、至少实现4条指令（ADD、MOV、LD和ST），最短指令长度不少于4位；3、CPU外部地址总线和外部数据总线均不少于4位。设计完成的CPU应通过QuartusII或者Multisim仿真验证。设计在安装了QuartusII7.0或者Multisim10.0以上版本的PC上通过仿真方式进行。二、进度安排：三、应收集资料及主要参考文献：[1]毛法尧.数字逻辑（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.[2]康华光.电子技术基础.数字部分（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2008.[3]白中英，戴志涛.计算机组成原理（第5版）[M].北京：科学出版社，2013.[4]唐朔飞.计算机组成原理（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.[5]吴戈.VerilogHDL与数字系统设计简明教程[M].北京：人民邮电出版社，2009.四、摘要：随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件。CPU英文全称是CentralProcessingUnit，我们翻译成中文也就是中央处理器。CPU从雏形出现到发展壮大的今天，由于制造技术的越来越先进，在其中所集成的电子元件也越来越多，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构成了CPU的内部结构。CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。本次设计完全用硬连线描述CPU的各个部件，在Multisim中将各个芯片连接起来形成一个简单的微处理器，加上一些外围模块来实现一些功能。本次设计在合理性与实用性上没有考虑，只是为了达到技术指标，从原理上完成了一个简单的CPU设计。运用在“数字电路与逻辑设计”课程中学过的基本理论知识，设计并用可编程逻辑器件实现一个简单的四位操作数的微处理器。完成微处理器硬件系统设计和指令系统设计两方面的任务，使微处理器能够实现两个不带符号位的四位二进制数相加等功能。关键字：CPU；控制单元；运算器五、Abstract：WiththeadventoftheInternetera,networkcommunication,informationsecurityandinformationapplianceswillbecomemoreandmorepopular,andCPUisanessentialcomponentinalloftheseinformationproducts.CPUEnglishfullnameisCentralProcessingUnit,wetranslatealsoisthecentralprocessor.CPUfromtheprototypeappearstodeveloptoday,becausethemoreadvancedmanufacturingtechnology,inwhichtheintegratedelectroniccomponentsaremoreandmore,tensofthousands,evenmillionsoftinytransistorsconstitutetheinternalstructureoftheCPU.TheinternalstructureofCPUcanbedividedintothecontrolunit,logicunitandastorageunitthreeparts.ThedesignofacompletedescriptionofthecomponentsofCPUwithhardwired,Multisimwillbetheindividualchipsareconnectedtogethertoformasimplemicroprocessor,plussomeperipheralmodulestorealizesomefunction.Thisdesignisnotconsideredintherationalityandpracticality,onlytoachievethetarget,fromtheprincipletocompleteasimpleCPUdesign.Usingthebasictheoryofknowledgeinthedigitalcircuitandlogicdesigncourseinmiddleschoolbefore,programmablelogicdevicetoimplementasimplefourbitoperandmicroprocessorcanbeusedtodesignand.Completemicroprocessorhardwaresystemdesignandinstructionsystemdesignofthetwoaspectsofthetask,themicroprocessorcanachievetwowithfourbitbinarynumbersumsymbolbitfunction.Keywords:CPU;controlunit;operator武汉工程大学计算机科学与工程学院综合设计报告-I-目录目录I摘要IIAbstractIII第一章课题背景....................................................11.1课程设计的目的..............................................11.2课程设计的要求..............................................1第二章设计简介及设计方案论述......................................22.1设计方案....................................................22.2框图设计....................................................2第三章详细设计....................................................43.1指令操作....................................................43.2系统基本模块划分............................................53.3CPU的运算器................................................63.4CPU的控制器................................................7第四章设计结果及分析..............................................94.1总电路设计图................................................94.2运算通路实现...............................................104.3存储器部分实现.............................................114.4选择电路的实现.............................................124.5时序电路的实现.............................................13致谢18参考文献19附录20武汉工程大学计算机科学与工程学院综合设计报告-II-摘要随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件。CPU英文全称是CentralProcessingUnit，我们翻译成中文也就是中央处理器。CPU从雏形出现到发展壮大的今天，由于制造技术的越来越先进，在其中所集成的电子元件也越来越多，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构成了CPU的内部结构。CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。本次设计完全用硬连线描述CPU的各个部件，在Multisim中将各个芯片连接起来形成一个简单的微处理器，加上一些外围模块来实现一些功能。本次设计在合理性与实用性上没有考虑，只是为了达到技术指标，从原理上完成了一个简单的CPU设计。运用在“数字电路与逻辑设计”课程中学过的基本理论知识，设计并用可编程逻辑器件实现一个简单的四位操作数的微处理器。完成微处理器硬件系统设计和指令系统设计两方面的任务，使微处理器能够实现两个不带符号位的四位二进制数相加等功能。关键字：CPU；控制单元；运算器武汉工程大学计算机科学与工程学院综合设计报告-III-AbstractWiththeadventoftheInternetera,networkcommunication,informationsecurityandinformationapplianceswillbecomemoreandmorepopular,andCPUisanessentialcomponentinalloftheseinformatio