計算機組成原理課程設(shè)計-基于eda和fpga技術(shù)的8位模型計算機的設(shè)計與實現(xiàn)-資料下載頁
2025-10-18 02:06本頁面
【導(dǎo)讀】指令系統(tǒng)………………………器提取指令和數(shù)據(jù)，并按照指定的順序完成各項任務(wù)。這也改變了又來人們的生?，F(xiàn)在，不僅軟件可編程，硬件電路也可以編程所以，在這個時候，我們更要。這已經(jīng)成為我們?yōu)楦掠嬎銠C硬件的必備知識。在這次課程設(shè)計當(dāng)中，我們需要結(jié)合計算機組成原理的基本理論，利。用EDA技術(shù)和FPGA技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)一個8位模型計算機。因此，我們需要掌握
【正文】 08H 00H 09H 00H 0AH 34H DB 34H 被加數(shù) 0BH XXH 求和結(jié)果 輸入程序的方法如下 : ① 通過按鍵 4,3,置 SWB,SWA 為 01,并按復(fù)位按鍵 在控制臺寫存儲器狀態(tài)，執(zhí)行 KWE 微程序 ； ② 通過按鍵 2,1 輸入實驗程序代碼數(shù)據(jù) ,按鍵數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管 2,1 上。然后再按單步STEP 按鍵 7 兩次，產(chǎn)生低高低電平變化的正脈沖，可以通過液晶屏顯示的內(nèi)容跟蹤控制臺寫 KWE 微程序的執(zhí)行過程。當(dāng) 3 次正脈沖（每次按鍵 7 兩次）后，液晶屏顯示 RAM 等于鍵 2， 1 輸入的值，這時，可以繼續(xù)通過鍵 2， 1 輸入第 2 個數(shù)據(jù)，直至機器指令實驗程序代碼全部輸入完畢。 ③ 仿照 ① ②操作，只是設(shè)置 SWB,SWA 為 00，然后按復(fù)位按鍵 8。通過手動鍵 7 跟蹤控制臺讀存儲 器操作（ KRD）微程序的執(zhí)行。并核對輸入模型機 RAM 中的數(shù)據(jù)是否正確。 注意，此操作不是必須的。可以在計算機上編譯好代碼文件，并隨同模型 CPU 設(shè)計文件一同編譯進(jìn) SOF 下載文件中，直接下載進(jìn)入 FPGA。方法可以按如下步驟完成： ① 在 QuartusⅡ環(huán)境下，打開工程文件 CPU5A，修改 中 LPM_RAM_DQ的參數(shù)，將初始化文件 LPM_FILE 設(shè)置為“ ./”；打開 （在示例中已有此文件），根據(jù)實驗程序，在 中輸入全 部機器指令代碼（示例中已經(jīng)輸入）。 ② 將工程文件重新編譯后，下載到實驗臺中，即完成 LPM_RAM 的配置。 2） 通過液晶屏監(jiān)視，單步跟蹤試驗程序機器指令的解釋執(zhí)行 ① 置 SWB,SWA 為 11，并按復(fù)位按鍵 8，啟動程序運行（ RP）微程序（參看圖 ）。 ② 每按鍵 7 兩次產(chǎn)生一個 STEP 單步脈沖，跟蹤機器指令和微指令程序的執(zhí)行。執(zhí)行軌跡如表 九 。 15 3） 使用 QuartusⅡ的 InSystem Memory Content Editor 了解 CPU 運行情況 。 使用在系統(tǒng)讀寫工具對模型 CPU中的存放微程序的 ROM和存放程序與數(shù)據(jù)的 RAM進(jìn)行觀察。 ① 實驗系統(tǒng)控制選擇同上。 ② 利用 QuartusⅡ的 InSystem Memory Content Editor，將載于 FPGA 中 CPU 內(nèi)RAM/ROM 的數(shù)據(jù)讀出。方法是從菜單選擇 Tool|InSystem Memory Content Editor，即可進(jìn)入在系統(tǒng)存儲器讀寫。 ③ 對于 InSystem Memory Content Editor，將讀數(shù)據(jù)選擇在循環(huán)讀數(shù)據(jù)功能上。按鍵 8，使其低電平，允許程序運行，鍵 1 輸入運算數(shù)據(jù) 56H，連續(xù)按鍵 7，即 STEP，完成整個程序運行后，可以發(fā)現(xiàn) RAM 位置“ 34”數(shù)據(jù)旁出現(xiàn)“ 8A”即 45H+67H 之和，并已經(jīng)寫到RAM 中的 0BH 單元中。 表 九 機器指令試驗程序執(zhí)行情況 STEP 下址 μA 微指令 MC PC IR 說明 1 00 018110 00 OO 復(fù)位之后，第 1 條微指令是判斷控制臺命令SMB,SWA 2 23 018101 SMB,SWA=11,轉(zhuǎn) RP 自動執(zhí)行 程序 3 01 008001 4 02 01ED82 01 第 1 個指令周期開始 5 10 00C048 00 取 RAM 中的第 1 條試驗程序指令，指令是 IN 6 01 001001 02 接收鍵盤輸入數(shù)據(jù)，放到工作寄存器 R0 7 02 01ED82 第 2 個指令周期開始 8 09 00C048 10 取 RAM 中的第 2 條試驗程序指令，指令是 ADD 9 03 01ED83 03 間接尋址，取地址 10 04 00E004 地址置入 AR 11 05 00B005 從 RAM 中取數(shù)據(jù)到 DR2 12 06 01A206 R0 數(shù)據(jù)送 DR1 13 01 919A01 （ DR1） +（ DR2）送 R0 14 02 01ED82 04 第 3 個指令周期開始 15 12 00C048 20 取 RAM 中的第 3 條試驗程序指令，指令是 STA 16 07 01ED87 05 間接尋址取，取地址 17 15 00E00D 地址置入 AR 18 01 038201 R0 內(nèi)容送 RAM 19 02 01ED82 06 第 4 個指令周期開始 20 13 00C048 30 取 RAM 中的第 4 條試驗程序指令，指令是 OUT 16 第五章 設(shè)計總結(jié)與體會 在這課程設(shè)計的幾個星期里，作者學(xué)會了很多?！稊?shù)字電路》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《電路分析》是學(xué)習(xí)計算機硬件的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是了解計算機硬件的最底層原件的課程。《計算機組成原理》是直接針對計算機基本組成原理的專業(yè)課程。通過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，了解了通用微型計算機的組成原理和基本工作原理。在三門專業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解了計算機工作的步驟：取得指令地址 讀取指令 翻譯指令 執(zhí)行指令。這一過程即是馮諾依曼 計算機思想的精髓，也是當(dāng)代計算機的基本工作原理和工作過程。了解這一原理，掌握這一原理，是學(xué)習(xí)計算機硬件的基本要求。 在兩周的時間里，我們組分工明確，并且查閱了十篇左右的相關(guān)論文和書籍。在充分了解模型計算機的原理的基礎(chǔ)上，基本實現(xiàn)了模型計算機的結(jié)構(gòu)。 在設(shè)計過程中，也出現(xiàn)了很多的問題，主要的設(shè)計工作在于微程序控制器的設(shè)計上，需利用地址轉(zhuǎn)移邏輯來實現(xiàn)指令的跳轉(zhuǎn)，從而使其能執(zhí)行完所有的指令。通過這次實踐，充分認(rèn)識到知識的綜合運用的重要性，而且任何一個不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤蕉加锌赡軐?dǎo)致錯誤，同時這次實踐使自己對計算機的工作原 理有了一個系統(tǒng)的認(rèn)識，也為以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。 由于對計算機的總體結(jié)構(gòu)僅限于在書本上的知識，并沒有那么的熟悉，在之前也沒有重點去研究書本上的知識，所以一開始很是茫然。 還有主要集中在對計算機原理的掌握不夠，不能夠?qū)⒂嬎銠C的原理圖和模型很好地聯(lián)系在一起。因而，在 I/O 接口的設(shè)計過程中，多次出現(xiàn)問題，多次調(diào)解也沒有得到結(jié)果，最后在指導(dǎo)老師的幫助下，才借用老師的 DSP（ DISPLY）實現(xiàn)多部分的連接。 在今后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該多注意微機原理的學(xué)習(xí)以及接口技術(shù)的研究，致力于在微型計算機的接口應(yīng)用方面做出突破。 17 參考文獻(xiàn) [1] 白中英《計算機組成原理》 科學(xué)出版社 2020 年 [2] 吳軍、胡景春《計算機組成結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)指導(dǎo)》 南昌航空大學(xué)出版 2020年 [3] 王靜、劉瑩 《基于 FPGA 的高可靠接口模塊設(shè)計》 北京大學(xué)出版社 2020年 [4] 羅克露、單立平、劉輝 《計算機組成原理》 電子工業(yè)出版社 2020 年 [5] 張興忠、閻宏印、吳淑紅 《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)》 科學(xué)出版社 2020年
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