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烟台大学

计算机组成原理课程设计报告书

设计题目：简单计算机 专 业：计算机科学与技术 班 级：文计081-2

设 计 者：刘伟（200890513219） 吴娟（200890513235） 李香（200890513216） 指导老师：潘庆先（老师）

2010年7月日

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设计目的：

综合前面实验单元典型部件设计与调试，对数据选择器（A、B）、计数器、运

算器、寄存器和微程序控制器透彻了解的基础上，完成一个简单计算机的设计，使其具有简单运算功能：取数、读数、做加法、送数等。

通过一个简单计算机的设计，对计算机系统的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序的编制与调试等全过程有一个较为综合、深入的认识和理解。 设计与调试步骤：

结合计算机组成原理的教学内容和课程设计平台系统，计算机的设计与调试步骤如下：

数据通路：

数据通路的设计在总体结构中是最重要的一个环节。实验室的仿真模型机的数据通路是以总线为基础、以CPU为核心构成的。

系统简介:

机器指令存放在3#RAM中,将3#RAM作为内存使用，机器指令是按由上到下顺序执行的，其执行顺序由PC（程序计数器）和MAR（地址寄存器）控制。2#RAM和1#RAM作为控制存储器简称为控存,一条微指令由十六个微命令组成高八位存放于2#RAM中，低八位存放于1#RAM中。后继地址有三种形成方式μIR2μIR1μIR0 为001时μPC+1按顺序执行微指令，为010时JP无条件转移，地址由IR15-8提供。本简单计算机基于简化处理μIR15-8均为0它代表了均跳向为指令寄存器的00入口即取指令入口。为011时 QJP高四位按机器指令的操作码转移，第四位为0其由后继地形成逻辑实现，所有涉及的地址转移均为指令的转移。因为机器指令是按顺序执行的。每按一次单脉冲键执行一条微指令，一条机器指令由若干条微指令组成，一条微指令由十六个微命令组成，其中因为IR3μIR6μIR7全为零故省略掉了。

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为保证机器指令是从第一条开始顺序执行的，在操作前应按一次复位键将微指令计数器μpc，机器指令计数器pc，内存地址寄存器中的内容清零。第一条微指令地址为00，微操作为RAM→IR即从内存中取出指令放到机器指令寄存器中，此时地址寄存器中的内容为00，所以在3#RAM的00地址中取出MOV1指令18，取出指令后PC+1→PC（01）为取下一条内存内容做好准备，再按一次单脉冲键执行QJP及按操作码转移，此时指令寄存器中存放的为18 ，操作码为0001，所以转移后高四位为：0001 低四位为全零 ：0000 。后继地址形成逻辑的输出0001 0000， 因此此时置数有效微地址输出为10（十六进制）。

根据微地址10执行PC→MAR, PC中的内容经取指过程中加1操作,已变为01，所以地址寄存器中存入了01，然后PC+1→PC （PC变为02） 为取下一条内存内容做好准备。然后将内存中地址为01的数据传送至RAM→R0 下一步为PC→MAR存入的为02。下一个微指令为JP无条件转移，地址由微指令的高八位给出，高八位为0000 0000，所以微地址转向00，再次进行取指令。

在3#RAM的02地址中取出MOV2指令28放进机器指令寄存器，取出指令后PC+1→PC（03）为取下一条内存内容做好准备，再按一次单脉冲键执行QJP及按操作码转移，此时指令寄存器中存放的为28 操作码为0010，所以转移后高四位为：0010， 低四位为全零：0000 。后继地址形成逻辑的输出0010 0000， 因此此时置数有效微地址输出为20（十六进制）。

根据微地址20执行PC→MAR PC中的内容经取指过程中加1操作已变为03，所以地址寄存器中存入了03，然后PC+1→PC （PC变为04） 为取下一条内存内容做好准备。然后将内存中地址为03的数据传送至RAM→R1 下一步为PC→MAR存入的为04。下一个微指令为JP无条件转移，地址由微指令的高八位给出，高八位为0000 0000，所以微地址转向00，再次进行取指令。

在3#RAM的04地址中取出ADD指令30放进机器指令寄存器，取出指令后PC+1→PC（05）为取下一条内存内容做好准备，再按一次单脉冲键执行QJP及按操作码转移，此时指令寄存器中存放的为30操作码为0011.所以转移后高四位为0011 第四位为全零 0000 。后继地址形成逻辑的输出0011 0000 ，因此时置数有效微地址输出为30（十六进制）。

根据微地址30执行R0 +R1= R1 PC中的内容经取指过程中加1操作已变为05，所以地址寄存器中存入了05，然后PC+1→PC （PC变为06） 为取下一条内存内容做好准备。下一个微指令为JP无条件转移，地址由微指令的高八位给出，高八位为0000 0000所以微地址转向00，再次进行取指令。

在3#RAM的05地址中取出MOV3指令41放进机器指令寄存器，取出指令后PC+1→PC（06）为取下一条内存内容做好准备，再按一次单脉冲键执行QJP及按操作码转移，此时指令寄存器中存放的为41 操作码为0100，所以转移后高四位为：0100 低四位为全零：0000 。后继地址形成逻辑的输出0100 0000 ，因此时置数有效微地址输出为40（十六进制）。

根据微地址40执行R0→MAR（R0中的数据作为写内存地址）。 PC中的内容经取指过程中加1操作已变为06，所以地址寄存器中存入了06，然后将内存中地址为03的数据传送至R1→RAM 下一步为PC→MAR存入的为06。下一个微指令为JP无条件转移，地址由微指令的高八位给出，高八位为0000 0000，所以微地址转向00，再次进行取指令。

至此MOV1 MOV2 ADD MOV3 均执行完毕完成了两个数的相加操作。如果是07+02=09那么内存的07号地址中就存放了相加结果09。

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