计算机组成原理计算机组成原理

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1、计算机组成原理计算机组成原理课程设计课程设计第一节课程设计的目标和要求一、课程设计的目标利用所学的理论知识，真实地进行计算机整机系统模型机的设计，并且在EDA平台上，完成设计的实现，使理论与实践相结合，从而进一步加强分析问题、解决问题的能力，提高自身硬件设计水平。开发平台：QuartusⅡ二、课程设计的要求ò计算机整机系统模型机总体结构的设计ò设计出模型机的数据通路、控制信号（微命令）ò完成该机的指令系统的设计ò拟定各条机器指令的指令流程及相应微操作命令ò在相应时序系统的配合下，组成能够产生使机器自动运行的控制信号（微操作命令）的控制部件ò设计出的模型机在机器加电、

2、产生频率稳定的主振信号后，能够自动地、连续地执行存储在主存（RAM）中的程序ò查验程序运行时所保存的每条指令的运行结果波形图文件中的内容，验证机器设计的正确性第二节计算机整机系统总体结构设计首先进行计算机整机系统模型机数据通路的设计。在此基础上，进行微操作命令的设计。根据信息在数据通路中流动、读取及存储的需要，设计出相应的各种微操作命令。例：单总线8位模型机总体结构数据通路图如下：第三节计算机整机系统所需部件设计©对于不具备三态输出的所有器件都采用三态门来隔离总线一、时序发生器的设计例：对于用微程序设计来实现控制部件的模型机而设计出的时序发生器如下：时序发生器（ti

3、mer）提供一个微周期中的八个电平及脉冲型控制信号，可供整机设计时使用。二、程序计数器的设计三、存储器功能部件的设计四、运算器功能部件的设计五、通用寄存器组的设计六、总线暂存器的设计第四节指令系统设计一、模型机指令代码格式的设计•模型机指令代码格式可以采用类似8086/8088指令代码格式的可变长字节的指令代码格式。例如，双操作数、单字节指令的代码格式如下图：743210操作码DESTSRC其中：DEST为目的地址，SRC为源地址。二、操作码结构的设计¾模型机指令系统中，应包含传送类指令、算术/逻辑运算类指令、转移类指令、停机指令等相应指令。¾操作码位数的设计可以根

4、据指令条数等需求综合而定例如，需要设计16条指令，则操作码字段可以设计为4位，即可以设计有16种不同的操作。三、地址码结构的设计¾根据要实现的指令功能，设计相应的地址码字段。¾进行寻址方式的设计。根据各条指令实现的不同功能，设计出相应的各操作数的寻址方式。四、指令操作码助记符与机器指令代码∑要求设计出指令操作码助记符与机器指令代码的对应关系表。例如，具有四位操作码的指令助记符对应设计如下：指令助记符机器指令代码指令功能HALT0000停机MOV0001数据传送(寄存器到寄存器间)MOV0011数据传送(立即数到寄存器间)ADD1001加法(寄存器与寄存器内容相加)第

5、五节微指令与控制信号的设计以微程序控制部件设计方法为例一、微指令的设计∑微指令编码方式的设计¾微指令的编码方法，常用的有直接控制编码法（即：不译码法）、分段直接编译法及分段间接编译法等方法。¾在微程序执行过程中，把每条微指令中表示各个微命令被选用或不选用的（“1”或“0”）信号，与时序系统产生的电平、脉冲信号相配合，形成模型机数据通路中的各个控制信号（微操作命令），以控制整个机器的运行。∑微程序的顺序控制方式的设计微程序的顺序控制是为了解决当前微指令执行结束后，如何控制产生后继微指令地址的问题。<1>微程序入口地址的形成¾公共的“取机器指令”微程序存放到控制存储器（

6、CM）的0号单元开始的一段控存（CM）空间中。¾根据IR中机器指令的操作码来形成该机器指令所对应的一段微程序的入口地址（例如，可以把操作码作为微程序入口地址的高几位或低几位等）。<2>后继微地址的形成¾在微程序执行过程中，主要包括顺序执行和转移执行两种状态。设计一个微程序计数器（µPC）,使其具有自加1及接收转移地址的功能，由此来控制微程序的顺序执行或跳转执行。二、控制信号的设计在完成模型机数据通路中所需要的各个微操作命令和微指令的设计之后，结合时序系统提供的时序信号，在指令流程级，分析每条数据通路中各个微操作命令之间与时序信号之间的相关性，为每个微操作命令分配相应

7、的时序信号与之配合，以此来产生最终控制机器自动运行的控制信号（微操作命令）。例：PC-BUS=µIR5•M1CPMAR=µIR3•M2PC-BUSCPMARμIR5·M1μIR…11M1μIR3·M2M2取指微程序0单元……PC-BUS,CPMAR1单元WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPIR2单元PC+1,CPPC,0-uPC…………IRADD入口PC……0-IRADD微程序段结束11……0-uPCMCMμPC……第六节微程序设计¾根据指令流程设计出一段相应的微程序，以完成机器指令的功能。¾单独设计出一段“取指”公共微程序。在执行完每段微程序（完成一条