一台模型计算机的设计与调试.pdf

这是一份关于设计和调试一台模型计算机的课程设计报告，主要涉及计算机系统的基础知识，包括计算机设计步骤、数据格式、指令系统、数据通路和微程序控制器等方面。以下是对这些知识点的详细解释： 1. **设计目的**： - 整合计算机系统知识，理解各模块工作原理及其相互关系，强化"时间-空间"概念。 - 学习设计和调试计算机的基本流程，提升独立研究和工程实践经验。 2. **设计任务**： - 设计一个基于给定数据格式和指令系统的微程序控制模型计算机。 - 使用QUARTUS II环境进行仿真调试。 - 整理设计文档，包括总框图、微程序控制器逻辑图、流程图、代码表、设计说明书和工作小结。 3. **数据格式**： - 数据字采用8位定点整数补码表示，最高位为符号位。 - 数据字的格式为：7 6 5 4 3 2 1 0 符号位尾数。 4. **指令格式**： - 包含5条机器指令：IN, ADD, STA, OUT, JMP。 - IN指令将数据输入到R0寄存器。 - ADD指令将R0寄存器内容与内存地址A的数值相加，结果存回R0。 - STA指令将R0寄存器内容存入内存地址A。 - OUT指令从内存地址A读取数据并显示。 - JMP指令无条件跳转到内存地址A。 5. **总体设计**： - 分析指令系统，确定所需器件和操作序列。 - 设计总框图草图，规划数据通路。 - 确定控制点和控制信号。 - 优化设计降低成本，简化线路。 6. **数据通路**： - 包括RAM、地址寄存器AR、程序计数器PC、输入缓冲、微程序控制器等组件的连接。 7. **微程序控制器**： - 微指令格式为24位，控制存储器字长也是24位。 - 微指令包括控制字段和数据字段，用于控制数据通路的操作。 - 微程序控制器设计涉及微指令的横向和纵向设计，前者决定数据通路，后者确定后续微地址。 - 微程序分支通常基于特定条件，如本例中的IR7-IR5作为测试条件。 8. **微程序控制器基本原理图**： - 原理图详细展示了各个组件如何协同工作，实现指令的执行和数据的流动。 这个课程设计项目旨在让学生通过实际操作理解计算机系统的核心组成部分，以及它们如何协同工作执行指令，同时提供了一个实践平台，以增强理论知识与实际应用的结合。通过这样的设计和调试过程，学生能够深入理解计算机的内部运作机制，为未来在IT领域的工作打下坚实基础。