计算机组成原理之cpu,计算机组成原理-CPU设计实验报告

计算机组成原理-CPU设计实验报告

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课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：设计CPU院(系)：专 业：班 级：学 号：姓 名：指导教师：完成日期：2016. 6. 26目 录总体设计方案 31. 1实验目的 31.2实验内容 31.3实验仪器及元件 3详细设计方案 32.1实验原理及电路图 32.2实验过程及结果记录 52.3实验结果分析 7总结 73. 1 思考 73.2收获感想 7总体设计方案1.1实验目的在maxplus设计取数据、存数据、加指令的CPU程序1.2实验内容要求实现机器指令要求实现指令：LD (取数)，ST (存数),ADD (算术加法); 利用maxplus对于设计的微指令集用电路图进行实现，并分析结果是否正确，1. 3实验仪器及元件MAX+plus II系统和其运行环境详细设计方案2. 1实验原理及电路图全加器是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组成和电路的数字电 路。除本位两个数相加外，还要加上从低位来的进位数。被加数Ai加数Bi从低 位向本位进位CiT作为电路的输入,全加和Si与向高位的进位Ci作为电路的输 出。能实现全加运算功能的电路称为全加电路寄存器是CPU的组成部分，寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可 用来暂存指令、数据和地址。在CPU的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器 (IR)和程序计数器(PC)。在CPU的算术及逻辑部件中，包含的寄存器有累加 器(ACC)xb>1u»2\ec9wHx<7 Edi-t or Jl£t i X i ties Qx> t i orxs Window M«lp计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数 器在数字系统屮主要是对脉冲个数进行计数，以实现测量、计数、和控制的功能, 同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元 则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触 发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机 的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、 除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器屮对脉冲的计数等等微指令电路图由一个74183四位全加器，12个74373M寄存器，一个7474 计数器，4个控制加减法的异或门组成。bO、bl、b2、b3为四位被减数由低到高 的四个输入端，a0^ al、a2> a3为减数的四个输入端，s0> si、s2、s3为四个输 出端。m为加减法控制端，分别与减数的四个输入端进行异或操作并分别输入到 四个全加器的输入端A, k为计数器的时钟输入端。四位被减数输入端的四个寄存器的存数据控制端G端连接到计数器的Q1输出端，四位 减数输入端的四个寄存器的存数据控制端G和四位差的输出端的四个寄存器的村数据控制端 G串联连接到计数器的Q2端口。寄存器的OEN端均接地。3口12 11 - <1 八rile9\9j (vif gdf - t S3 TUkw2. 2实验过程及结果记录(按实验步骤和实验要求提供相应的实验数据及实验波形)开始设计程序指令集设计取数，存数，算数加法建立工程画出电路图编译Maxplus进行仿真结束——--——按照系统分析中得到的指令集，在 maxplus实验软件中新建指令系统，生成.gdf文件。在maxplus实验软件中新建.gdf文件,mh [utmi If I | MMt 0 .in2. 3实验结果分析本次实验一共涉及四位二进制加法器，寄存器，计数器，微指令集电路设计，其过程并 没有想象Z屮的那么容易。其屮全加器是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组成和 电路的数字电路。除本位两个数相加外，还要加上从低位来的进位数。被加数Ai加数Bi从 低位向本位进位Ci-1作为电路的输入，全加和Si与向高位的进位Ci作为电路的输出；寄存 器是CPU的组成部分，寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可用來暂存指令、数据 和地址。在CPU的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)；计数 是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统屮主要 是对脉冲个数进行计数，以实现测量、计数、和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是 由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一 ?系列具有存储信息功能的各类触发 器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等；微指令电路图由一个 74183四位全加器，12个74373M寄存器，一个7474计数器，4个控制加减法的异或门组成。 bO、bl、b2、b3为四位被减数由低到高的四个输入端，aO、al、a2、a3为减数的四个输入端, sO、sk s2、s3为四个输出端。m为加减法控制端，分别与减数的四个输入端进行异或操作 并分别输入到四个全加器的输入端A, k为计数器的时钟输入端。总结3. 1思考简单CPU的设计需要四位二进制加法器，寄存器，计数器，微指令集电路一起，四个无论哪-个弄不好都会让实验出现错误，所以本次实验就要把这四个完美结合就行。3. 2收获感想曾经我觉得设计CPU这件事听起来很遥不可及，但是这次设计是一种尝试。虽然只是简 单的设计，但是也是经过老师的讲解的，感觉对整个CPU的工作和各个部件的工作原理有了 更加清晰的认识，也渐渐形成了一个整体框架的概念。在实验过程中，我也遇到了很多不知 道，解决不了的问题，但是在同学和老师的帮助之下也顺利解决。 关 键 词： 计算机 组成 原理 CPU 设计 实验 报告

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