基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现.doc

课程设计任务书 "一、设计题目 " "基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现 " "二、设计内容 " "设计模型机系统的总体结构、指令系统和时序信号。充分利用FPGA以及相关外围" "器件，设计实现模型机的整机系统。要求所设计的整机系统能支持自动和单步运" "行方式，能正确地执行存放在主存中的程序的功能，对主要的数据流和控制流通" "过LED适时显示信息。尽可能利用EDA软件对模型机系统中各部件进行仿真分析和" "功能验证。在学有余力的前提下，可为模型机增加更多的扩展功能。 " "三、设计要求 " "支持算术运算、逻辑运算、存储器读写、寄存器间数据传送等几类指令； " "支持立即数寻址、直接寻址、隐含寻址、寄存器寻址等几种基本数据寻址方式和" "顺序寻址、跳跃寻址方式； " "支持10条以上的指令； " "能运行由自己设计的指令系统构成的一段程序，程序执行功能正确。 " "四、设计流程 " "根据课程设计指导书的要求，制定出设计方案； " "画出模型计算机系统的原理框图和器件连接图，分析器件连接图中各器件不同引" "脚的功能，哪些可以固定连接，哪些需要通过微程序来控制，以及这些控制信号" "的有效形式； " "画出各指令的指令周期流程图和所需要的控制信号； " "设计出实现指令功能的微程序控制器或硬布线控制器； " "布线、调试、验收； " "课程设计报告和总结。 " "五、成绩评定 " " " "成绩评定根据考勤、课程设计的过程、课程设计的效果、课程设计报告质量等进" "行综合评定；其中设计过程和结果占70%，课程设计报告占30%；课程设计的成绩" "评定等级为不及格、及格、中、良好、优秀五级；对基本功能进行扩展或设计具" "有非常鲜明的特征和一定程度的创新，可根据实际情况加分。 " "六、设计报告要求 " " " "课程设计报告主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容" "、设计步骤、遇到的问题及解决方法、设计总结、参考文献等。要求在适当位置" "配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码" "表等图表进行说明。总结部分主要写设计工作简介以及设计体会。应做到文理通" "顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。课程设计报告采用《计算机组成原理》" "专用设计报告模板，A4纸双面打印，除框图外需附下载的设计图以及微指令控制" "点图。 " "七、时间安排 " " 课程设计的总体时间为2周，具体安排如下: " "第1天：到实验室布置任务和集中讲解。 " "第2天：学生自己设计，选择并熟悉自己所要的芯片。 " "第3天：领导线和芯片，进行芯片功能测试，在此基础上修改完善原设计方案。 " "第4天到第10天：实验室调试、验收。 " "八、主要参考文献 " "秦磊华，王小兰. 计算机组成原理实验指导及课程设计指导书(基于EDA平台). " "武汉：华中科技大学出版社，2010年. " "秦磊华，吴非，莫正坤.计算机组成原理. 北京：清华大学出版社，2011年. " "DAVID A.PATTERSON(美).计算机组成与设计硬件/软件接口(原书第3版).北京： " "机械工业出版社. 2007年. " "袁春风编著. 计算机组成与系统结构. 北京：清华大学出版社，2011年. " " " " " 目 录 1 课程设计概述 3 1.1 课设目的 3 1.2 设计任务 3 1.3 设计要求 3 2 实验原理与环境 4 2.1 实验原理 4 2.2 实验环境 4 3 总体方案设计 5 3.1 需求分析 5 3.2 硬件设计 5 3.3 软件设计 8 4 详细设计与实现 10 4.1 选用芯片 10 4.2 硬件实现 11 4.3 软件实现 14 5 实验过程与调试 19 5.1 仿真XXX 19 5.2 可自行安排章节 19 5.3 主要故障与调试 19 5.4 功能测试 19 5.5 实验流程图 20 6 设计总结与心得 21 6.1 课设总结 21 6.2 课设心得 21 参考文献 22 课程设计概述 请仔细阅读所有的批注，阅读理解后删除批注 模板各个标题下面的内容仅是举例，作者应依照自己思想重写该部分内容 1、格式不要轻易改动，严格按照模板来，不要自创格式。 2、所以批注阅读后一定要删除 3、模板中的图示意图，不能照搬，要根据自己的设计来画 4、参考文献只是格式和引用方式参考，列出自己实际参考文献 5、图中的文字一定要清晰。 6、所有的表和图都必须有名字和编号。 1 课设目的 计算机组成原理是计算机专业的核心专业基础课。课程设计属于设计型实验，不仅锻 炼学生简单计算机系统的设计能力，而且通过进行设计及实现，进一步提高分析和解决 问题的能力。（自己写） ……（其它内容） 2 设计任务 计算 【课程设计概述】 本次课程设计的目标是让学生深入理解微程序控制器的工作原理，并通过实际操作设计一个基于微程序控制器的简单计算机系统。设计内容包括构建计算机的总体架构、定义指令系统和时序信号，同时利用FPGA（现场可编程门阵列）及周边设备来实现模型计算机的实体系统。设计要求系统具备自动和单步运行模式，能够执行存储在主内存中的程序，并通过LED显示数据流和控制流的信息。此外，还需要利用EDA（电子设计自动化）软件进行部件仿真和功能验证。 【设计任务与要求】 1. 设计任务主要分为以下几个部分： - 设计计算机系统的整体结构，包括CPU、内存和输入/输出设备。 - 定义一套包含算术、逻辑、存储器访问和寄存器间数据传输的指令集。 - 支持立即数寻址、直接寻址、隐含寻址和寄存器寻址等寻址方式。 - 提供至少10条指令，支持顺序和跳跃寻址模式。 - 实现微程序控制器，以驱动计算机的各个组件。 2. 设计要求包括： - 所设计的计算机系统必须能够正确执行预设的指令序列，完成预期功能。 - 使用LED进行运行状态的实时显示，增强系统的可视化。 - 利用EDA工具进行仿真分析和功能验证，确保设计的正确性。 【设计流程】 设计流程分为以下阶段： 1. 制定设计方案，依据课程指导书要求。 2. 设计计算机系统的原理图和器件连接图，明确固定连接和微程序控制的信号。 3. 设计各指令的执行流程图和所需控制信号。 4. 设计微程序控制器，或者选择硬布线控制器。 5. 进行布线、调试，直至系统功能正常。 6. 编写课程设计报告，总结整个设计过程和体验。 【成绩评定】 成绩评定考虑考勤、设计过程、设计效果和报告质量，其中设计过程和结果占比70%，报告占比30%。根据设计成果和创新程度，成绩分为不及格、及格、中、良好和优秀五个等级。 【设计报告要求】 报告内容应涵盖设计题目、目的、设备、原理、步骤、问题解决方案、总结等，并配以图表辅助说明，如原理图、数据通路图、微程序流程图、接线图和微指令代码表。报告应结构清晰、内容完整，书写规范。 【时间安排】 课程设计持续两周，具体日程如下： 1. 第1天：任务布置和讲解。 2. 第2天：设计选择并熟悉所需芯片。 3. 第3天：进行芯片功能测试，调整设计方案。 4. 第4天至第10天：实验室调试和验收。 【参考文献】 设计过程中可参考以下书籍： 1. 秦磊华，王小兰. 计算机组成原理实验指导及课程设计指导书(基于EDA平台). 2. 秦磊华，吴非，莫正坤.计算机组成原理. 3. DAVID A.PATTERSON(美).计算机组成与设计硬件/软件接口(原书第3版). 4. 袁春风编著. 计算机组成与系统结构. 本设计旨在通过实际操作，使学生掌握微程序控制器的构建，提升其在计算机系统设计上的实践能力和创新能力。通过这个项目，学生将深入理解计算机硬件的运作机制，并能够运用所学知识解决实际问题。