01-简单模型机的设计说明书

兰州理工大学计算机与通信学院2011年春季学期计算机组成原理课程设计题目：模型机设计-1专业班级：计算机科学与技术(3)班姓名：姚惠博学号：08240301指导教师：杜红林成绩：前言2计算机组成原理课程是计算机系很重要的一门专业基础课，从这门课的内容特点看，它属于工程性、技术性和实践性都很强的一门课，因此，在进行课堂教学的同时，必须对实验教学环节给予足够的重视，要有良好的实验环境，能进行反应主要教学内容的、水平确实比较高的实验项目，在深化计算机各功能部件实验的同时，加强对计算机整机硬件系统组成与运行原理有关内容的实验；在教学实验的整个过程中，坚持以硬件知识为主的同时，加深对计算机整机系统中软硬件的联系与配合的认识。目前，有些单位和院校都研制出一些用于计算机组成原理课程教学实验的系统或装置，也各具特色但基本上都是相对孤立的功能部件的实验，整机硬件方面的实验很难胜任，更不能对计算机系统中硬软件的联系和配合的学习提供足够的帮助。计算机组成原理实验系统作为较高层次、专用于计算机原理课程教学实验的实验计算机系统具有良好的实验性能和系统的完整性以及可扩展性。目录3摘要.............................................................................................................5第一章：模型机设计概述........................................................................6一．设计目的......................................................................................6二．设计任务......................................................................................6三．实验设备与器材..........................................................................6第二章：模型机总体设计........................................................................7一．模型机的逻辑结构......................................................................71．运算器模块..............................................................................72．寄存器堆模块..........................................................................73．程序计数器PC.........................................错误!未定义书签。4．地址寄存器..............................................................................85．指令寄存器模块......................................................................86．启停和时序电路模块..............................................................87．微程序控制器模块电路..........................................................98．主存储器单元电路..................................................................99．输入输出设备........................................................................10二．模型机的数据通路....................................................................10第三章模型机详细设计......................................................................11一．运算器的设计............................................................................11二．存储器系统的组成与说明........................................................121．主存储器的组成....................................................................1242．存储器的原理图....................................................................123．存储器输入输出时序............................................................12三．微控制器的设计........................................................................131．微程序控制电路....................................................................132．微指令格式............................................................................13四．数据格式及指令系统的设计....................................................141．数据格式................................................................................142．指令格式................................................................................143．指令系统................................................................................15五．微程序的设计与实现................................................................161．监控软件的设计....................................................................162．模型机微程序流程图............................................................163．二进制微代码表....................................................................194．微程序的设计........................................................................20第四章：系统调试..................................................................................22一．连线.............................................................................................22二．联机读／写程序........................................................................22三．运行程序....................................................................................22第五章：设计总结..................................................................................23参考文献...................................................................................................24致谢...........................................................................................................25摘要5试验机为学生提供了运算器模块ALU、寄存器堆模块、指令部件模块、内存模块、微程序模块、启停和时序电路模块、控制台控制模块以及扩展模块。本设计利用试验机完成对基本模型机的设计，其主要内容是建立带有带8位自增、自减指令的整机模型，并在此基础上完成一系列的指令，其指令主要有：输入输出指令IN、OUT、访问内存指令MOV、LDA、STA、算术逻辑指令ADC、SBC、INC、DEC、CLR关键词：存储系统、运算器、微程序控制器、指令系统第一章：模型机设计概述6一．设计目的通过对一个简单计算机的设计，以达到对计算机的基本组成、部件的功能与设计、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机时间和空间概念的理解。二．设计任务1、根据任务要求设计整机系统的方案。2、存储系统：使用模型机的存储模块，说明存储器的输入输出时序，模块连接方式等。3、运算器：使用模型机的器件，组成带有片间串行进位16位算数逻辑运算功能的运算器，带有带8位自增、自减指令的整机模型。4、微程序控制器模块：使用教学机的系统，设计微程序控制器。5、设计模型机指令系统：（含设计微指令格式、微程序流程图，每条指令所对应的微程序等）。6、了解并说明教学模型机的输入输出模块。7、在自己设计的指令系统基础上，编制一个汇编语言小程序并进行调试通过。8、整机设计分模块进行，说明模块中数据和控制信息的来源、去向、功能、时序，以及模块间数据和控制信号的来源、去向、功能、时序等。三．实验设备与器材DVCC试验箱；74LS181四位算术逻辑单元/函数发生器，暂存器74LS273，输出缓冲/显示驱动74LS245，移位寄存器74LS299，4位二进制计数器74LS161，74LS138译码器，E2PROM2816芯片，6264芯片；PC机一台；排线若干第二章：模型机总体设计7一．模型机的逻辑结构1.运算器模块运算器模块主要由运算器U31、U32（74LS181）、暂存器U29、U30（74LS273）、输出缓冲器U33（74LS245）以及进位控制和判零标志控制电路等构成。运算器的核心部件是74LS181，它可以对两个8位的二进制数进行多种逻辑或算术运算，具体由其功能控制条件M、CN、S3