计算机原理课程设计.pdf

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1、计算机原理课程设计成员信息小组编号8成员信息姓名学号实验分工分值比例编写测试程序、总体测试、改错、组长XXX20040602XXXX0.3写文档控制器CU、PC、各模块的输入输成员1XXX20040602XXXX0.4出控制、参与部分测试和改错成员2XXX20040602XXXX乘、除、开根号运算模块0.3实验目的学习用Verilog语言设计硬件的方法；学会用系统的工程的思想来设计硬件；理解CPU的工作原理；学习如何与他人分工合作。设计内容和要求基于综合实验平台和VerilogHDL设计并实现一个八位字长的计算机：八位字长的运算

2、器；指令系统和控制器；256*1k字节的存储器；通用寄存器组；其他必要部件。计算机能完成单字节或双字节加/减、单字节无符号乘法、16位处以8位除法等多种算术运算等基本运算。设计步骤1.设计计算机的总体框图第1页共10页2.设计各个功能部件的功能(1)算术逻辑运算单元ALU：插图0ALU_OUTALU_OUTALUALU_OPGR_OUT第2页共10页信号线描述：GR_OUT:来自GR寄存器组的输出作为ALU的输入AC_OUT:来自AC寄存器的输出作为ALU的另一输入；ALU_OP:ALU的操作码5位；ALU_OUT:ALU的输入

3、端；功能简述：完成AC、GR传输；带进借位与不带进借位的加减法；按位与、异或；带进（借）位的循环左（右）移一位。(2)程序计数器PC：插图功能简述：特殊的寄存器，有三种功能：保持、加载、计数。如果载入使能为高，则更新PC值；如果计数使能为高，则计数；否则保持。(3)通用寄存器GR：插图功能简述：8*8通用寄存器组，一个写端口，一个读端口，一个读写地址。(4)地址寄存器AR、指令寄存器IR、累加寄存器AC、Z标志寄存器和C标志寄存器是基于同一个模板register生成的，此模板寄存器的功能及与外部的连接端口如下：插图第3页共10页

4、功能简述：完成加、保持功能；reset为异步复位信号，低电平有效；clk为同步时钟，上升沿触发；LE为加载信号，高电平有效；其他情况保持原有数据。(5)存储器MEM（此模块已经由老师给出，故略去）。(6)控制部件CU：插图Z_OUTC_OUTclkresetMUL_OPSqrt_OPDIV_OPCSREADWRITEARLECLEPCLEZLEACLEAXLEPCCEMux_SDB_selMux_C_selMux_MD_selMux_DB_selGE_ADDRESSMux_AB_selMux_QR_selMux_HL_selGR

5、LEIRLEALU_OP功能简述：可以控制进行状态转换，有FIRST、SECOND、THIRD、HALT四个状态；取指令、译码；更新PC、给GR赋值；控制信号形成、各使能赋值、数据总线地址总线选择等。(7)乘法部件MUL插图：第4页共10页MUL_OHMUL_OLMULMUL_OPGR_outAC_out信号线描述：MUL_OP:乘法器的控制信号，高电平有效；MUL_OH:乘法器的高8位输出；MUL_OL：乘法器的低8位输出；AC_out:乘法器的输入端；GR_out:乘法器的另一输入端；功能简述：实现一个8*8的无符号乘法运算

6、器，输出16位的结果分别到MUL_OH(高8位)和MUL_OL（低8位）。(8)除法器DIV插图：信号线描述：AC_out:AC的输出作为除法器的被除数的高8位；GR_out:GR的输出作为除法器的被除数的低8位；AX_out:AX的输出作为除法器的除数的输入端；quotiend:商；remainder:余数；功能描述：实现一个16位的被除数除以一个8位的除数的无符号除法器，产生8位的商和8位的余数。(9)开根号SQRT部件：插图：第5页共10页功能简述：16位数开根号，结果送AC(10)多路选择器MUX_HL、MUX_QR和M

7、UX_MD结构图：功能简述：多路选择器MUX_HL和MUX_QR分别是对乘法器的高低8位的结果和除法器的商余数进行选择，然后由选择器MUX_MD进行选择后输出到MUX_DB上。它们的摸板都是MUX-2多路选择器。(11)多路选择器MUX_SDB结构图：ALU_OUTMD_OAC_outMux_DB_selMUX-4Sqrt_outclkMUX-2Mux_SDB_selreset功能简述:多路选择器MUX_SDB是对MUX_DB_out和Sqrt_out的输出进行选择后输出到数据总线上。第6页共10页3.设计指令系统指令操作码（I

8、R_in[7:3]）代码指令指令含义00000MOVAC，Mi存储器内容送AC00001MOVMi，ACAC内容送存储器00010ACÆGRAC内容送GR00011GRÆACGR内容送AC00100AC+GRÆACGR、AC之和送AC00101AC-GRÆACA