8位模型机设计实验报告

华北电力大学

| |

实 验 报 告

实验名称 8位模型机的设计 课程名称

专业班级：信安

1301 成 绩：

学生姓名: 学 号：

指导教师：王晓霞 实验日期：2015.12.9

目录

一、摘要 ......................................................................................................................................... 3 二、前言 ......................................................................................................................................... 3 三、设计目的、任务与内容 ......................................................................................................... 3

3.1设计目的 ............................................................................................................................ 3 3.2设计任务 ............................................................................................................................ 4 3.3设计内容 ............................................................................................................................ 4 四、八位模型机整体设计 ............................................................................................................. 4

4.1总体结构 ............................................................................................................................ 4 4.2指令系统 ............................................................................................................................ 7 4.3运算器 ................................................................................................................................ 8 4.4存储器 ................................................................................................................................ 9 4.5控制器 .............................................................................................................................. 11 4.6指令流程图和操作时间表 .............................................................................................. 15 4.7微指令码 .......................................................................................................................... 20 五、成员分工 ............................................................................................................................... 21 六、实验感想与讨论 ................................................................................................................... 21 七、参考文献 ............................................................................................................................... 22

一、摘要通过一台模型机的设计， 使我们建立了整机的概念， 模型机整体采取简单的组成模式， 每一时钟周期内完成的操作有限。该模型机包括运算器，存储器，控制器等。指令结构， 选用两片 SN74181,一片 SN74

182,,组内并行，组间并行的二重进位方式形成运算器，运 用微程序控制各部件单元的产生控制信号，实现特定指令的功能，通过绘制指令流程图， 编写指令时间表，设计微指令格式等实现了具体的微程序控制。 关键字：运算器 指令系统 微指令 流程图和操作时间表

二、前言计算机组成原理是计算机科学专业的一门重要的专业基础课,内容包括计算机部件和 整机的组成与工作原理由于课程的专业性很强、概念繁杂抽象,8 位模型机的设计有助于 我们理解计算机整机的工作原理，让我们从设计角度来理解计算机的结构与工作原理。. 计算机的核心部件 CPU 通常包含运算器和控制器两大部分。 组成 CPU 的基本部件有运算部 件、寄存器组、微命令产生部件等。这些部件通过 CPU 内部的总线连接起来，实现它们之 间的信息交换。其中，运算部件和一部分寄存器属于运算器部分；另一部分寄存器、微命 令产生部件和微程序控制器等则属于控制器部分。 八位模型计算机的设计过程， 包含通过 内总线连接各基本功能单元模块构成数据通路， 给出完备的指令系统， 运算器的实现方式， 用微指令设计计算机指令系统。

三、设计目的、任务与内容 3.1 设计目的根据计算机组成原理课程所学知识，设计一个 8 位的模型计算机。 1.掌握计算机的基本组成和功能； 2.掌握计算机各大部件的功能与设计方法； 3.深入学习计算机各类典型指令的执行流程； 4.深入学习微程序控制器的原理和设计过程； 5.掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表； 6.综合运用所学知识，在掌握部件单元电路设计的基础上，进一步构造一台基本的 模型计算机，建立计算机整机概念； 7.通过本次设计，理论联系实践，进一步加强学生分析问题、解决问题的能力，提 高自身硬件设计水平。

3.2 设计任务1.查阅文献资料，一般在 5 篇以上； 2.以 TEC-XP 教学实验计算机系统为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立 8 位 的整机模型； 3.完成 8 位模型机的整机设计和各部件的具体设计； 4.撰写设计报告书；做好答辩工作。

3.3 设计内容1、8 位模型机总体结构的设计； 主要是数据通路的设计或选择，要说明如下内容： 1)寄存器的位数 2)总线宽度 3)ALU 位数及运算功能 4)微命令的设置(各标识的含义); 2、拟定指令系统； 要考虑指令的完备性、有效性、规整性；主要说明系统包括哪些指令以及指令格式， 寻址方式。 3、控制器的选择； 采用微程序控制器。 4、绘制指令流程图； 5、安排指令操作时间表，设计微指令格式； 6、编写微程序； 7、了解并说明模型机的输入/输出

模块； 8、各部件设计时，说明部件中数据和控制信号的来源、去向、功能、时序、以及部 件之间数据和控制信号的来源、去向、功能和时序等。

四、八位模型机设计 4.1 总体结构总体结构设计的内容包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础 上，就可以拟出各种信息传送路径，以及为实现这些传送所需要的微命令。 1.寄存器 (1)可编程寄存器(8 位) 通用寄存器：R0 、R1

程序计数器：PC 程序状态字寄存器：PSW (2)非编程寄存器(8 位) 暂存器 C:暂存来自主存的源地址或源操作数。 暂存器 D:暂存来自主存的目的操作数地址或目的操作数。 指令寄存器 IR:存放现行指令。 地址寄存器 MAR:提供 CPU 访问主存的地址。 数据缓冲寄存器 MBR:与数据总线双向连接，存储数据、控制命令与操作。

2.运算部件 (1)运算部件以算术、逻辑运算部件 ALU 为核心，采用两片 8 位的 SN74181(负 逻辑)芯片与 1 片 SN74182 芯片，由微命令 M、S0、S1、S2、S3 选择 ALU 操作功能，C0 是送 入最末尾的进位信号。 (2)ALU 输入端设置 A、B 两个多路选择器，用以选择数据来源，具体见数据通路 图。 3.总线与数据通路结构 (1)内总线：八根单向数据传送线，连接到有关寄存器对应的 D 输入端。 (2)系统总线：地址总线、数据总线、控制 …… 此处隐藏：4380字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……