基本模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-wenkub.com
2024-08-21 20:03 本頁(yè)面
【正文】 通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)到了怎么去團(tuán)隊(duì)合作，大家一起集思廣益，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中總是會(huì)和班上的幾個(gè)同學(xué)好好的討論，在這個(gè)過(guò)程中又發(fā)現(xiàn)了好多的問(wèn)題，當(dāng)然也解決了好些問(wèn)題，因?yàn)閺膩?lái)就沒(méi)有設(shè)計(jì)過(guò)，以前所做的實(shí)驗(yàn)，書(shū)本上都會(huì)做詳細(xì)的講解，而且做的 只是其中的一個(gè)部分，這次所面對(duì)的是一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)。 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。仿真波形如下： 圖 41仿真波形 （ 1） 按 1 次系統(tǒng)復(fù)位鍵 8，并置鍵 8 為高電平，使 CPU 允許正常工作； （ 2）控制開(kāi)關(guān)（鍵 鍵 3）設(shè)置為 SWB、 SWA=1,1，處于程序執(zhí)行方式， 控制臺(tái)： RP （ 11） ； （ 3）通過(guò)鍵 鍵 1 輸入運(yùn)算數(shù)據(jù)，如 56H， （ 4）然后每按鍵 7兩次產(chǎn)生一個(gè) STEP單步脈沖，跟蹤機(jī)器指令和微指令程序的執(zhí)行。 ⑨ 將輸入的數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)寄存器 R0。 ⑥ 譯碼結(jié)果送操作控制器（時(shí)序發(fā)生器）。 ② PC 的內(nèi)容加 1，變 成 01H，為取下一條指令做好準(zhǔn)備。 控制存儲(chǔ)器 用于存放指令系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的全部微程序 微指令寄存器 IR 用來(lái)存放從控制存儲(chǔ)器讀出的一條微指令的信息 微指令地址形成部件 又稱(chēng)微指令地址發(fā)生器，用來(lái)形成將要執(zhí)行的下一條微指令的地址，簡(jiǎn)稱(chēng)微地址。這樣就得到了如圖 31 所示完整的微程序流程圖和表 所示的微代碼表。 （ 3）確定操作控制信號(hào)。步驟如下： （ 1）填寫(xiě)微地址。 3. 執(zhí)行階段 執(zhí)行指令階段完成指令規(guī)定的各種操作。 （ 4）根據(jù)地址寄存器中的地址將對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)空間的指令取出通過(guò)總線(xiàn)放到指令寄存器中。 A 字段譯碼后輸出的信號(hào)主要用于控制向寄存器或鎖存器輸入數(shù)據(jù)； B 字段譯碼后輸出的信號(hào)主要用于控制運(yùn)算器、寄存器或鎖存器，并通過(guò)三態(tài)門(mén)向內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)輸出數(shù)據(jù)； C 字段譯碼后輸出的信號(hào)主要用于指令分支判斷。數(shù)據(jù)輸入端 d[7..0]直接與內(nèi)部總線(xiàn)連接，數(shù)據(jù)輸出端 q[7..0] 通過(guò)三態(tài)緩沖器與內(nèi)部總線(xiàn)相連。 采用鎖存器結(jié)構(gòu)，調(diào)用 lpm_latch 實(shí)現(xiàn)。 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用一個(gè)存儲(chǔ)器 RAM。039。 END PROCESS。 。 WHEN OTHERS = F9= 000000000 。039。 THEN F9=(A9 OR(NOT B9)) +A9 + CN 。 ELSE F9=A9 OR (NOT B9)。 END IF。 WHEN 1100 = IF M=39。039。 THEN F9=(A9 OR (NOT B9))+(A9 AND B9)+CN 。 ELSE F9=NOT(A9 XOR B9)。 END IF。 WHEN 1000 = IF M=39。039。 THEN F9=A9 B9 CN 。 ELSE F9=NOT B9。 END IF。 WHEN 0100 = IF M=39。039。 THEN F9=(A9 OR (NOT B9))+ CN 。 ELSE F9=NOT(A9 OR B9)。 END IF。 PROCESS(M,CN,A9,B9,S) BEGIN CASE S IS WHEN 0000 = IF M=39。 B9 = 39。 BEGIN A9 = 39。 END ALU181。 M : IN STD_LOGIC。 A : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。其代碼如下 LIBRARY IEEE。 5. JMP 指令 無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令 JMP，以緊跟在操作碼后的字節(jié)的內(nèi)容作為轉(zhuǎn)移地址。 2. ADD 指令 在執(zhí)行上一條指令 IN時(shí) PC里面的值已經(jīng)加一，此時(shí) PC中的值已經(jīng)是RAM中 ADD 指令的操作碼的地址了，在將 PC 里面的值送到地址寄存器時(shí)， PC 的值也隨之加一，指向了 ADD 指令的地址碼，根據(jù)地址碼，將對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)放入到 DR2 中， 將第一條指令的中輸入到 R0 中的數(shù)據(jù)放到 DR1 中，兩個(gè)數(shù)相加放到 R0 中。 ④ WE,控制 RAM 的讀寫(xiě)信號(hào) ,0 值為讀 ,1 值為寫(xiě) 。 控制器采用微程序設(shè)計(jì)。 指令寄存器 IR： 鎖存取得的指令，供控制電路解碼分析執(zhí)行。 （ 2）模型計(jì)算機(jī)硬件 模型機(jī)硬件有以下部分組成： 運(yùn)算器： 采用 8 位運(yùn)算器 ALU181，實(shí)現(xiàn)算術(shù)邏輯運(yùn)算。 表 單字節(jié)指令格式 7 6 5 4 3 2 1 0 操作碼 源寄存器 目的寄存器 表 雙字節(jié)指令格式 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 操作碼 操作數(shù)（內(nèi)存地址碼） 源和目的寄存器可 以是三個(gè)工作寄存器之一，寄存器標(biāo)號(hào) R0 為 00,R1 為01,R2 為 10。 （ 1） 指令系統(tǒng)。圖中虛線(xiàn)框內(nèi)部分包括運(yùn)算器、控制器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和微程序存儲(chǔ)器等，實(shí)測(cè)時(shí)，它們都可以在單片 FPGA 中實(shí)現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 3 目錄 第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 .........................................................................4 設(shè)計(jì)任務(wù) ...............................................................................................4 設(shè)計(jì)要求 ...............................................................................................4 第二章 系統(tǒng)組成及工作原理 ................................................................5 系統(tǒng)組成 ..............................................................................................5 工作原理 ..............................................................................................5 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................................................10 CPU頂層 設(shè)計(jì) ........................................................................................10 取指令和指令譯碼 ................................................................................12 設(shè)計(jì)微代碼表 ........................................................................................12 控制執(zhí)行單元 ..........................................................................................14 第四章 系統(tǒng)調(diào)試和分析 ........................................................................15 模型機(jī) 的軟件執(zhí)行 .................................................................................15 模型 CPU的硬件仿真 ...........
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