运算器结构
运算器结构如下图所示。R0、R1、R2 均为 D 触发器组成的八位寄存器，在打入 脉冲 CPRi 的作用下，接收数据输入端提供的信息送入 Ri 中。
μIR23-16 为微指令寄存器的高八位，可定义为操作数。进位信号 C0、打入脉冲 CPR0、CPR1、CPR2、M、S0、S1、S2、S3 均由微指令寄存器的 μIR8 和 μIR7--μIR0 产生。
算术逻辑运算单元 ALU 的设计
该部分中算术逻辑运算单元用两片 74LS181 芯片按如下图所示结构实现八位 组间串行进位运算器。
74LS181 功能表如下图所示。
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ALU 的实现电路图如下。
实验调试
将设计完成的电路图下载到 FPGA 中。按照前面所给的 74LS181 功能表编写 微指令，并写入到 ROM 中，微指令从 0 地址单元开始存放。
微程序控制的存储器读写系统设计............................................... 7 设计目的................................................................. 7 设计要求................................................................. 7 结构与信号索引........................................................... 8 微指令格式及微指令编制................................................... 8
微程序控制的运算器设计详细电路图 ........................................ 22 微程序控制的存储器读写系统设计详细电路图 ................................ 24 微程序设计模型机详细电路图.............................................. 25 硬布线控制的模型机详细电路图............................................ 34
设计要求
课程设计平台为设计环境提供了容量为 256×8 的随机存储器。在此基础上， 设计相应的外围电路和时序对随机存储器进行读写操作。结构框图如下图所示， 设计完成后可以根据 pc 访问内存，取出地址 Ad1，根据 Ad1 访问取出数据 X，将 X 保存在 Ad2 地址单元。
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计算机组成原理课程设计报告
计算机科学与技术学院 2014 级 1 班 鸿武
QQ:2420430689(2 号) 2016 年 11 月 22 日
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目录
总述 ........................................................................ 2 课程设计目的............................................................. 2 课程设计内容与要求....................................................... 2 课程设计工具............................................................. 2 课程设计方法............................................................. 2 同组者................................................................... 2
简单模型机设计——微程序设计................................................. 8 设计目标................................................................. 9 指令系统................................................................. 9 总体结构................................................................. 9 关键部件................................................................ 10 微程序控制器的结构...................................................... 13 微指令格式.............................................................. 14 微程序编写.............................................................. 15 调试.................................................................... 16
例如要实现 55+AAR2
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需要如下指令： 55→R0 ：01010101 00000000 10000000 即 550080 AA→R1：10101010 00000000 01000000 即 AA0040 R0＋R1→R2：00000000 00000001 00101001 即 000129 R0-R1→R2：00000000 00000000 00100110 即 000026
同组者
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微程序控制的运算器设计
设计目的
①熟悉简单运算器的ห้องสมุดไป่ตู้构。
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②熟悉微命令的产生和时序。 ③熟悉运算器功能测试。
设计要求
设计一个八位算法逻辑运算单元 ALU。两操作数由八位寄存器 R0、R1 提供， 其结果放入 R2 中。具体何种操作可由微命令任意设定。
课程设计工具
要设计模型机，完成课程设计的任务，首先要掌握内容： 计算机组成原理课程设计平台：JYS 计算机组成实验箱； QuartusII 软件的使用。
课程设计方法
课程设计分为两个阶段：第一阶段为微程序实现的模型机内核。通过对部件 的设计，以期达到对部件的构成、设计方法、工作原理及在计算机硬件中的功能 作一个系统的了解。第二个阶段为硬布线实现的模型机内核。将用多个部件构造 一台较为复杂的计算机硬件系统。以期达到对计算机的总体设计、基本构成、基 本原理有一个清楚的认识并能建立一个清晰的整机概念，从而扎实地掌握一种数 字系统的设计方法。
执行操作： 按一次 RET 键将 μPC 置零。 按一次脉冲键读出并执行一条微指令。 当微程序执行完时检查并记录结果。
微程序控制的存储器读写系统设计
设计目的
（1）熟悉随机存储器读写系统结构设计。 （2）熟悉随机存储器的读写时序。 （3）熟悉随机存储器的读写操作的微程序实现。 （4）熟悉随机存储器的功能测试。
实现框图如下图所示。图中虚线内的内容就是我们要设计实现的内容。
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微程序控制器的结构
控制存储器 24 位, ROM3# 、ROM2#、ROM1#、 μ IR23-16、 μ IR15-8、 μIR7-0、 L 、 23-16 L15-8、L7-0、μRD 、CPμIR、A0～A7 均连入 FPGA 系统中。自行设计的微程 序计数 μPC 向控制存储器提供 8 位微地址，在控存读信号 的作用下，读出一 条长 24 位的微指令代码，并在打入命令 CPμIR 的作用下，送入 μ IR23-16、 μIR15-8、μIR7-0。L23-16 、L15-8、L7-0 用于显示微指令寄存器 μIR23-16、 μIR15-8、 μIR70 的内容。每当按一次脉冲键便产生一个负脉冲，该脉冲的作用是： （1）作为读控存的命令 μRD 。 （2）负脉冲当作 CPμIR，将读出的微指令代码打入μIR （3）负脉冲的上升沿使 μPC＋1 形成下一条微指令的地址。 （4）负脉冲反相后的上升沿作为寄存器打入脉冲。
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总述
课程设计目的
通过该课程设计的学习，总结计算机组成原理课程的学习内容，运用计算机 原理知识，设计一台模型机，从而巩固课堂知识、深化学习内容、完成教学大纲 要求，学好这门专业基础课。
课程设计内容与要求
要求每 2 位学生一组合作完成设计任务，充分利用所学知识设计出具有一定 特色的模型计算机。
课程设计中遇到的问题........................................................ 20 感想体会.................................................................... 20 附录 ....................................................................... 22
简单模型机设计——硬布线设计................................................ 16 设计目标................................................................ 17 总体结构................................................................ 17 关键部件设计............................................................ 18 调试.................................................................... 20