计算机组成原理课程设计
(Ver 3.1)
计算机科学与工程学院
2007年7月
1、课程设计目的 ............................................................................................... 3 2、仪器设备 ....................................................................................................... 3 3、基于微控器的模型机设计部分 ................................................................... 3
3.1、设计步骤 ............................................................................................ 3 3.2、准备知识 ............................................................................................ 6 3.3、设计内容 .......................................................................................... 11
题目一：设计一个具有带进位加法和立即数寻址方式的模型机11 题目二：设计一个具有带进位加法和条件跳转的模型机 ........... 11 题目三：设计一个具有循环左移功能的模型机 ........................... 12 题目四：设计一个具有带借位减法和存储功能的模型机 ........... 13
4、可编程逻辑器件设计部分 ......................................................................... 14
4.1、设计步骤 .......................................................................................... 14 4.2、准备知识 .......................................................................................... 14 4.3、设计内容 .......................................................................................... 16
题目五：利用CPLD设计一个并行加法器 ................................... 16 题目六：阵列乘法器设计 ............................................................... 16 题目七：硬联控制器设计 ............................................................... 17
5、具有中断处理功能的模型机设计 ............................................................. 19
5.1、设计内容 .......................................................................................... 19 5.2、准备知识 .......................................................................................... 20 5.3、设计步骤 .......................................................................................... 23 6、课程设计任务及要求 ................................................................................. 27 7、考核办法 ..................................................................................................... 27 8、参考资料 ..................................................................................................... 27 9、附录 ............................................................................................................. 28
附录1（数据通路）： .............................................................................. 28 附录2（系统连线参考图） .................................................................... 29 附录3（实验系统主要单元电路） ........................................................ 30 附录4（ispDesignEXPERT软件使用） ................................................ 35 VIII.把设计适配到Lattice器件中 ............................................................. 47
IX. 层次化操作方法 ....................................................................... 47
《计算机组成原理》课程设计
1、课程设计目的
通过对一个简单计算机的设计，对计算机的基本组成，部件的设计、部件间的连接、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，在此基础上完成一台基本计算机的组成设计，从而加深对理论课程的理解，锻炼学生的独立思考和动手能力。
2、仪器设备
硬件环境为PC-386以上微机，西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验台。软件环境采用WINDOWS操作系统，西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验软件。
3、基于微控器的模型机设计部分 3.1、设计步骤
设计一台完整的计算机，大致需按如下的顺序来考虑： (1) 确定设计目标
确定所设计计算机的功能和用途。
(2) 确定指令系统
确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式，并给出具体的编码，比如指令的操作码，地址码等的位数及各种编码的含义。
(3) 确定总体结构（寄存器、加法器、选择器的设置与数据通路的设计）
总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。
对于部件设置，比如要确定运算器部件采用什么结构，控制器是微程序控制还是硬联控制等。
综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。
(4) 设计指令执行流程
数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。
根据指令的复杂程度，确定每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。
(5) 确定微程序地址
确定后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址，画出微程序流程图。
(6) 微指令代码化
根据微指令格式，将微程序流程图中的所有微指令代码化。首先写出每个微地址以及该地址对应的微指令代码（共24位二进制信息），如下表所示：
其中：微地址表示控制存储器的地址，后面的24位表示微指令。
然后将每个微地址和对应的微指令转换成16进制，并写在一行，格式为：
$M********，前面2个‘*’表示该微指令的在微控制器中的地址，后面6个‘*’表示该微指令代码。如上述表中的四条微指令写成：
$M00018110：表示在控制存储器地址00h处的代码是018110h。 $M0101ED82：表示在控制存储器地址01h处的代码是01ED82h。 $M0200C048：表示在控制存储器地址02h处的代码是00C048h。 $M0300E004：表示在控制存储器地址03h处的代码是00E004h。
(7) 编写工作程序并代码化
编写测试用的工作程序（注：测试程序要能覆盖设计的所有指令），并写出内存映像，用二进制表示。然后代码化用16进制来表示，格式为：$P****，前面2个‘*’表示该内存的地址，后面2个‘*’表示该地址的
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