【正文】 ............... 1 3設(shè)計(jì)任務(wù) ......................................................................................................... 1 4實(shí)驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境 ............................................................................................... 1 5設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 ............................................................................................... 2 第二章 設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................... 3 1設(shè)計(jì)功能 ......................................................................................................... 3 11模型機(jī)系統(tǒng)組成框圖及說明 ..................................................................... 3 2設(shè)計(jì)思路 ......................................................................................................... 4 3指令系統(tǒng) ......................................................................................................... 5 3使用到哪些芯片及各個(gè)芯片的作用 ................................................................... 5 74273芯片（如圖所示） ................................................................... 5 74244芯片 ............................................................................................... 6 第三章 硬件設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 6 1芯片的總線連接線路圖和說明 .......................................................................... 7 .......................................................................................... 8 21加法運(yùn)算器 ............................................................................................. 8 22乘運(yùn)算 .................................................................................................... 9 23乘加運(yùn)算 ................................................................................................. 9 與 乘法 與 加法相同。本次課程設(shè)計(jì)一個(gè) 8 位模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括用可編程器件實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算器，微程序控制器，存儲(chǔ)器 ,簡(jiǎn)單輸入／輸出接口和設(shè)備 ,時(shí)序和啟?？刂频入娐?。 設(shè)計(jì)要求： 1．對(duì)所設(shè)計(jì)的模型機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面總結(jié)，完善設(shè)計(jì)內(nèi)容； 2．在接受指導(dǎo)教師的答辯驗(yàn)收前，做好充分準(zhǔn)備工作，包括平臺(tái)準(zhǔn)備，程序的輸入，相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)整理等； 3．每個(gè)學(xué)生自己獨(dú)立寫出一份設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告必須計(jì)算機(jī)打印，要求設(shè)計(jì)方案和指導(dǎo)思想正確，格式規(guī)范，內(nèi)容全面，敘述清楚，分析和總結(jié)合理。其中 CPU 由運(yùn)算器（使用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷? CPLD 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）、微程序控制器（ MC）、通用寄存器，指令寄存器（ IR）、程序計(jì)數(shù)器（ PC）和地址寄存器（ AR）組成。 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 1．計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱 1 臺(tái) 2． PC 機(jī) 1 臺(tái) 軟件環(huán)境： 1． 操作系統(tǒng)： Windows XP 2． CMA（實(shí)驗(yàn)箱配套軟件） 3． 五、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，結(jié)合時(shí)間進(jìn)度安排和考核方面的因素，將本次設(shè)計(jì)內(nèi)容分為五個(gè)部分，各部分的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求如下： 第一部分 模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方 案的制定 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1．設(shè)計(jì)一個(gè) 8 位模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括運(yùn)算器，微程序控制器，存儲(chǔ)器、簡(jiǎn)單輸入／輸出設(shè)備、時(shí)序和啟停等電路； 2．畫出系統(tǒng)組成框圖，指出各個(gè)部分的功能和實(shí)現(xiàn)途徑； 3．針對(duì)所設(shè)計(jì)的模型機(jī)系統(tǒng)，每組學(xué)生自己定義一套簡(jiǎn)單的指令系統(tǒng)，給出助記符指令格式，分配指令的機(jī)器代碼，指出指令的功能； 4．寫出設(shè)計(jì)方案。 三、設(shè)計(jì)任務(wù) 在西安唐都科教儀器公司研發(fā)、生產(chǎn)的 TD– CMA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè) 8 位模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括運(yùn)算器，微程序控制器，存儲(chǔ)器 ,簡(jiǎn)單輸入／輸出接口和設(shè)備。要求學(xué)生自己定義一套簡(jiǎn)單的指令系統(tǒng)，制定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1．所設(shè)計(jì)的模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為 8 位模型機(jī)，運(yùn)算器為 8 位運(yùn)算器，數(shù)據(jù)總線和地址總線都為 8 位，輸入設(shè)備為 8 位開關(guān)，輸出設(shè)備為 8 位發(fā)光二級(jí)管指示燈； 2．每組定義的指令系統(tǒng)為 6 至 10 條 指令，必須包含本組運(yùn)算器特有運(yùn)算功能的指令，每組必須有兩條以上指令與其他組不同； 3．每組提交設(shè)計(jì)方案，包括簡(jiǎn)單模型機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖、指令系統(tǒng)、 第二部分 運(yùn)算器的設(shè)計(jì)與調(diào)試 設(shè)計(jì)內(nèi)容： ； TD– CMA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)提供的大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷? CPLD（ EMP1270），根據(jù)指令功能選擇（確定）相應(yīng)的算邏運(yùn)算，用 原理圖輸入或 VHDL 硬件描述語言方法進(jìn)行設(shè)計(jì)， 在 QuartusII軟件中建立工程文件，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能； “計(jì)算機(jī)組成原理與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”上調(diào)試和完成運(yùn)算器的設(shè)計(jì)工作 ； 設(shè)計(jì)要求： 1．認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)教材，了解實(shí)驗(yàn)所用儀器和設(shè)備的使用方法及注意事項(xiàng)； 2．了解 VHDL、 HDL 語言； 3. 了解 QuartusII 軟件環(huán)境； 4. 實(shí)現(xiàn)自定義運(yùn)算器； 5. 提交 在 QuartusII 軟件中建立的工程文件； 第三部分 微程序控制器的設(shè)計(jì)與調(diào)試 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1．編寫出實(shí)現(xiàn)自定義指令系統(tǒng)的微程序； 2． 將 所編寫的微程序存儲(chǔ)到 控制存儲(chǔ)器中 ； 3．在 TD– CMA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)上調(diào)試和完成微程序控制器的設(shè)計(jì)工作； 設(shè)計(jì)要求： 1．認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)教材，了解實(shí)驗(yàn)所用儀器和設(shè)備的使用方 法及注意事項(xiàng)； 2． 將 所編寫的微程序存儲(chǔ)到 控制存儲(chǔ)器中 ； 3．用單步執(zhí)行微指令方式執(zhí)行微程序并觀測(cè)所發(fā)出的控制信號(hào)； 4．每組編寫的程序必須有助記符表示的匯編語言源程序，并把源程序翻譯成機(jī)器指令代碼，并記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 5. 提交微程序流程圖、對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制微代碼表。 。 六、 時(shí)間安排： 設(shè)計(jì)內(nèi)容 時(shí)間 第一部分 模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定 1天 第二部分 運(yùn)算器的設(shè)計(jì)與調(diào)試 3天 第三部分 微程序控制器的設(shè)計(jì)與調(diào)試 3天 第四部分 整機(jī)調(diào)試 1天 第五部分 設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫和答辯驗(yàn)收 2天 七、考核方式 考查，最終成績(jī)包括設(shè)計(jì)報(bào)告 (30%)、平時(shí)成績(jī) (30%)、答辯驗(yàn)收 (40%)，課程最終成績(jī)按照優(yōu)、良、中、及格和不及格五分制評(píng)分。自定義一套簡(jiǎn)單的指令系統(tǒng)，制定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法。 ......................................................................................... 9 22減運(yùn)算 .................................................................................................. 10 第四章 軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 10 1模塊流程圖 .................................................................................................... 11 2源程序清單與注釋 ......................................................................................... 11 第五章 調(diào)試過程 ........................................................................................................ 13 1硬件連線 ....................................................................................................... 14 2實(shí)驗(yàn)步驟 ....................................................................................................... 14 21制定模型機(jī)設(shè)計(jì)方案 ............................................................................. 14 22模型機(jī)系統(tǒng)總體框圖 ............................................................................. 15 3出現(xiàn)的問題 .................................................................................................... 17 4解決的方法 .................................................................................................... 18 5使用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ............................................................................................. 18 第六章 總結(jié) ............................................................................................................... 18 1課程設(shè)計(jì)過程中的總結(jié) .................................................................................. 18 3體會(huì)與收獲 .................................................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 20 1 1 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1 設(shè)計(jì)題目 基于 TD– CMA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 設(shè)計(jì)目的 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)是“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”課程的后續(xù)設(shè)計(jì)性課程，通過設(shè)計(jì)一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)，使學(xué)生更好地理解計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)課程的基本內(nèi)容，掌握計(jì)算機(jī) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，為以后進(jìn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)