【正文】 值送入 R0 中。 表 24 位微代碼定義 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S3 S2 S1 S0 M Cn WE A9 A8 A字段 B字段 C 字段 uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 操作控制信號(hào) 譯碼器 下址字段 表 A字段 B字段 C字段 15 14 13 選擇 12 11 10 選擇 9 8 7 選擇 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRi 0 0 1 RS_B 0 0 1 P(1) 0 1 0 LDR1 0 1 0 RD_B 0 1 0 P(2) 0 1 1 LDR2 0 1 1 RJ_B 0 1 1 P(3) 1 0 0 LDIR 1 0 0 SFT_B 1 0 0 P(4) 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU_B 1 0 1 LDAR 1 1 0 LDAR 1 1 0 PC_B 1 1 0 LDPC 24 位微代碼信號(hào)的功能解釋如下： ① S3S1,ALU 的操作選擇信號(hào)，控制執(zhí)行 16 種算術(shù)邏輯操作之一種； ② M,ALU 操作方式選擇 ,等于 O為算術(shù)操作 ,等于 1時(shí)執(zhí)行邏輯操作； ③ CN ,進(jìn)位標(biāo)志 ,等于 0 時(shí) ,最低位有進(jìn)位輸入 ,等于 1表示無進(jìn)位 。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 7 各個(gè)功能模塊通過總線連接。 地址寄存器 AR： 存放并輸出訪問內(nèi)存單元的地址。 （ RP）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（ CLR）后，控制臺(tái) SWA、SWB 為“ 1 1”時(shí)，即可轉(zhuǎn)入到微地址“ 01”號(hào)“取指令”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。指令各式如表 。模型中，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微過程控制器來完成， CPU 從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期，全部由微指令組成的序列來完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。 如其功能模塊框圖 21 所示。 本次課程設(shè)計(jì)便是在 GW48 C+平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的 ，首先用 QuartusⅡ 軟件對(duì)基本模型機(jī)的各個(gè)組成部分進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，然后將各個(gè)部分有機(jī)的組合起來，形成一個(gè)可以完成某些操作的 CPU，在軟件上仿真成功之后，下載到平臺(tái)上然后具體的在硬件上 實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。 美國(guó)一些知名大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，那里計(jì)算機(jī)方面的硬件實(shí)驗(yàn)，包括計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)早已不用那種傳統(tǒng)接插式實(shí)驗(yàn)，而是全部采用 EDA 技術(shù)進(jìn)行所有的軟硬件實(shí)驗(yàn)！顯然，使用大規(guī)模 FPGA、 EDA 軟件工具和 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言構(gòu)建的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)已成為勢(shì)在必行。 關(guān)鍵字：： FPGA、模型機(jī)、微程序控制、 QuartusⅡ 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 2 前言 《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)科的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 1 課程設(shè)計(jì)說明書 課程設(shè)計(jì)名稱： 計(jì)算機(jī)組成原理 課程設(shè)計(jì)題目： 基本模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 袁東 評(píng)分： 教師： 20 15 年 6 月 日 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 1 摘要 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在涉及通信、國(guó)防、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、儀器儀表等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，現(xiàn)場(chǎng)可編程(FPGA)技術(shù)含量正以驚人的速度上升。觀察 CPU 內(nèi)部的各種信息：包括數(shù)據(jù)總線、地址寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令譯碼器、指令寄存器、控制信號(hào)、內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、微指令存儲(chǔ)器 LPM_ROM中的數(shù)據(jù)等，實(shí)時(shí)觀察每條指令及微指令的執(zhí)行情況，從而對(duì)計(jì)算機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)，從部件到系統(tǒng)，直到計(jì)算機(jī)整機(jī)有一個(gè)形象的、生動(dòng)的、本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。并且可以加深對(duì)計(jì)算機(jī)的時(shí)間和空間概念的理解 , 增強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的更進(jìn)一步了解。 ALTERA 的 ACEX 系列 FPGA 產(chǎn)品具有片上 EAB，可以構(gòu)成構(gòu)成各種類型的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，利用在其內(nèi)部的 LPM 可以實(shí)現(xiàn)微程序控制和管理復(fù)雜邏輯電路。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 5 第二章 系統(tǒng)組成及工作原理 系統(tǒng)組成 模型機(jī)主要由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU, 數(shù)據(jù)暫存寄存器 DR0、 DR1, 數(shù)據(jù)寄存器 R0~ R2, 程序計(jì)數(shù)器 PC, 地址寄存器 AR, 程序 /數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM, 指令寄存器 IR, 微控制器 ,輸入單元 INPUT 和輸出單元 OUTPUT 所組成。 圖 21 模型機(jī)通路框圖 工作原理 本模型能在微過程控制下自動(dòng)產(chǎn)生 各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定的功能。指令編碼如下表： 表 指令編碼 助記符 操作碼 addr 地址碼 功能描述 IN 00H “ INPUT”→ R0，鍵盤輸入數(shù)據(jù) ADD addr 10H XXH R0+[addr] → R0 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 6 STA addr 20H XXH R0→ [addr] OUT addr 30H XXH BUS→ “ OUTPUT”，顯示輸出數(shù)據(jù) JMP addr 40H XXH addr→ PC 指令分單字節(jié)和雙字節(jié)，單字節(jié)指令只有 IN 一條，其余都是雙字節(jié)指令。 （ KWE）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（ CLR）后，控制臺(tái)SWA、 SWB 為“ 0 1”時(shí)，可對(duì) RAM 連續(xù)手動(dòng)寫操作。 程序計(jì)數(shù)器 PC： 用來指示執(zhí)行指令的地址，以便從內(nèi)存取得指令。 存放可編程程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器 RAM 也在芯片上實(shí)現(xiàn)（像單片機(jī)一樣）。采用字寬 24 位的 ROM 存放微程序， 3 個(gè) 38 譯碼器組成 24 位輸出譯碼電路。 ⑥ A 字段 , 經(jīng)譯碼產(chǎn)生各部件從總線輸入選通信號(hào) ,參考表 ； ⑦ B 字段 , 經(jīng)譯碼產(chǎn)生各部件到總線輸出選通信號(hào) ,參考表 ； ⑧ C 字段 , 經(jīng)譯碼產(chǎn)生測(cè)試轉(zhuǎn)移 P1～ P4,裝入程序計(jì)數(shù)器 LDPC,參考表318； ⑨ μ A5～μ A0,微程序地址信號(hào) 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 8 （ 3） 微程序設(shè)計(jì) 微程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)運(yùn)行指令微程序流程圖設(shè)計(jì)出來的，因此在設(shè)計(jì)微程序時(shí)，必須先畫好運(yùn)行指令微程序流程圖，該模型機(jī)的微指令程序流程圖如圖22所示。 RAMBUS :將 STA 的地址碼放到總線上， BUSAR:將 STA 的地址碼放到地址寄存器上， R0BUS：將 R0 中的數(shù)據(jù)放到總線上， BUSRAM:將 BUS 上的數(shù)據(jù)放到地址寄存器的對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。