计算机体系结构与组成原理课程设计

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1、计算机组成与体系结构课程设计报告学院：班级：学生姓名：学号：指导老师：提交日期：131实验概述1.1实验目的（1）融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。（2）学习运用ISP（在系统编程）技术进行硬件设计和调试的基本步骤和和方法，熟悉集成开发软件中设计、模拟调试工具的使用，体会ISP技术相对于传统开发技术的优点。（3）培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与调试的实践经验。1.2设计与

2、调试任务（1）按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台硬布线控制器控制的模型计算机。（2）根据设计图纸，在通用实验台上进行组装，或对微程序控制方案的模型机进行改装，并调试成功。（3）在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括：①总框图（数据通路图）；②硬布线控制器逻辑模块图；③模块ABEL-HDL或VHDL源程序（如果没有，则文件中必须包含控制信号的译码函数方程组，用逻辑表达式表示出每个控制信号）；④硬布线控制流程图；⑤测试向量（可以用硬件描述语言或波形图的方式表示）；⑥元

3、件排列图；⑦设计说明书；⑧调试小结；1.3实验原理 采用的数据通路和微程序控制器方案相同。13硬连线控制器模型机所使用的时序信号比微程序控制器的要多一些，除了原有的时序信号T1至T4外，还需要节拍信号，一拍等于一个T1至T4循环。实验仪提供的节拍信号有四个：W1至W4。如果实验台提供的节拍信号不能满足需要（例如需要八拍），可以用寄存器或GAL等自行构造，再从时序发生器引入T1至T4信号，也可以直接将节拍发生器涉及到ISP芯片内部。1.4实验环境（1）（TEC-4计算机组成原理实验系统一台；（2）直流万用

4、表一只；（3）逻辑测试笔一支；（4）集成电路若干片（取决于设计方案，如使用ispEXPERT作为设计工具可以选用芯片ispLSI1032，若使用MAX+plusII，则可选用EPM7064。）；（5）PC机一台（具备EDA平台）1实验内容2.1实验方案设计（1）控制器的设计思路硬布线控制器能够实现控制功能，关键在于它的组合逻辑译码电路。译码电路的任务就是将一系列有关指令、时序等的输入信号转化为一个个控制信号，输出到各执行部件中。（2）控制流程设计微程序控制器的控制信号以微指令周期为时间单位，硬布线控制器

5、以机器周期为时间单位，两者本质上是一样的，1个机器周期和1个微指令周期都是从时序T1的上升沿到T4的下降沿的一段时间。在微程序控制流程图，1个执行框代表1个微指令周期，而在硬布线控制流程图中，1个执行框就代表1个机器周期。（3）设计流程一条指令最多用四拍完成，即W1，W2，W3，W4.对于控制台指令，不能用四拍完成，则用控制台标志STO加以区分。按复位按钮CLR#后，是STO复位为0，当执行一组W1，W2，W3，13W4后使STO为1.T1，T2，T3，T4仍用实验系统的链接。对于中断，增加一个标志IN

6、TQ1，有中断时则为1（即按一下控制台上按钮INTR时，INTQ1为1，无中断时则为0。数据通路图见下图。2.2实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）（1）根据实验要求，设计硬布线控制器流程图（见附录）（2）根据硬布线控制器流程图，设计信号操作时序表（见附录）（3）根据设计的硬布线控制器流程图和信号操作时序表，写出源程序（见附录）（4）将设计的源程序下载到实验系统的芯片中（5）连线，并使用刚刚下载源程序的芯片做实验，测试芯片的功能另外一些固定接线：M2，M1接GNDCER接PC_INC、接LDIRLDA

7、R2接LDAR1LDDR2接LDDR1LDPC接LDR4IR0接RD0。IR1接RD1。WR0接RD0。接RD1。IR2接RS0。IR3接RS1（6）设置R2=60H,R3=61H,[60]=24H,[61]=83H，并将各指令代码存入内存，按单拍方式执行一遍程序内存地址指令机器代码00HLDAR0,[R2]0101100001HLDAR1,[R3]0101110102HADDR0,R10000010003HJC＋51001010104HANDR2,R30011111005HSUBR3,R2000110

8、1106HSTAR3,[R2]0010010007HMULR0,R10010010008HSTP0110000009HJMP[R1]10000100（7）从地址20H执行程序，在程序运行中，按一次控制台的INTR。进入中断后，用单拍（DP）方式执行，直到返回主程序为止。列表记录中断系统中有关信号的变化情况，特别要记录好断点地址和R0的值。做中断实验时应置R1=21H13地址指令机器代码20HINTS1011000021HLDAR0,[R2]