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计算机组成原理课程
实践报告
项 目 名 称: 简易模型计算机设计仿真
所 在 班 级: 计算机与信息工程
小 组 成 员: 韩道峰 李佳 贾云强 钦军军
任 课 教 师: 史小松
起 止 时 间: 2018.5.26——2018.6.8
安阳师范学院 ·计算机组成原理课程实践·
项目基本信息
项目名称 简易模型计算机设计仿真
项目简介
在计算机组成原理课程介绍的计算机各组成部分的结构及
功能的基础上,完成一个简单模型计算机的分析设计;具体包
括运算器、存储器、控制器等主要功能模块,难点在于指令系
统对应下微程序控制器的结构安排与微指令编码。
小组成员
一、 问题描述及模块分解
计算机组成原理课程重点讲授计算机基本部件的构造和组织方式、基本运
算的操作原理和部件与单元的设计思想等。但一般的课程介绍不会结合具体机
型,而要突出一般的原理性内容,从而导致学习过程中觉得内容较抽象。从创
新教育的角度,可通过实验或实践课程进行一定的操作或工程设计,把理论知
识和实际应用联系起来,培养动手能力。
本课程实践要求完成一个简单的 8 位模型计算机的逻辑设计,其主要功能
模块包括运算器、存储器、控制器等,其中控制器采用微程序控制方式,能完
成对指令系统中的指令执行过程的控制处理。
二、 运算器电路模块分析及设计
运算器电路的核心是 ALU 电路,ALU 能一次对多少位数据进行运算,称为
机器字长,为构造一个 8 位的模型计算机,需构造出 8 位的 ALU 电路。课程上
介绍的 ALU 芯片为 74ls181,是一个 4 位的 ALU 芯片,所以需要用 2 片 181
构造。
一片 181 芯片的外特性及功能表如下:
安阳师范学院 ·计算机组成原理课程实践·
图 1 74181 外特性图
其在 M 和 S3-S0 信号的控制下能完成 4 位的输入数据 A 和数据 B 的 16 种
算术运算和 16 种逻辑运算,算术运算下需提供最低位进位信号 Cin。产生的输
出包括 4 位的结果 F 和向高位的进位 Cn+4。
在设计实现中还需要考虑运算数据的来源问题,运算结果的保存问题,以
及运算结果的状态信息的产生与保存问题。因此,详细设计要求包括:
1、运算器电路的构成中包括了 4 个 8 位的通用寄存器用于提供运算数据,
运算数据必须来自于其中的两个寄存器。
2、机器设置的状态信息包括了进位标志 C 和结果为零标志 Z,其中 C 标
志在 181 芯片上直接产生,而 Z 标志需通过电路对结果 F 处理产生,并要求设
安阳师范学院 ·计算机组成原理课程实践·
计出状态寄存器(触发器)用于保存状态。
不同功能的指令对 C 和 Z 状态的改变要求是不一样的,所以设置了控制信
号 LDC 和 LDZ 用于状态信息的保存控制。
3、ALU 的运算结果通过总线 DBUS 向目的位置传送,为控制总线操作,
设置了控制信号 ABUS 用于控制 ALU 的运算结果向总线发送。
按以上设计分析,用两片 181 构造 8 位的 ALU 电路逻辑框图如下:
图 2 ALU 电路结构图
进一步考虑运算器中通用寄存器组的设计,4 个 8 位的通用寄存器,寄存
器地址需要 2 位,为提供给 ALU 电路运算数据,在此设计为双端口寄存器,但
为双端口读出,单端口写入结构。通过数据总线 DBUS 提供寄存器写入的数据,
写入命令为 DRW(T3 上升沿写入)。
图 3 寄存器组逻辑结构图
该寄存器组连同其中的译码器、多路选择器,通过大规模可编程芯片实现
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- chulongsmile522020-06-04骗人的 根本没用
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