基于TD–CMA实验教学系统的模型计算机的设计与实现.doc

学校代码：10128学号：202320232356

学校代码：10128

学号：202320232356

计算机组成与结构

课程设计说明书

题目：模型计算机的设计与实现

学生姓名：王建宇

学号：202320232356

学院：信息工程学院

班级：计算机科学与技术10-1班

组别：第八组

指导教师：董志学王晓荣武文红

2012年7月13日

《计算机组成与结构课程设计》任务书

一、设计题目

基于TD–CMA实验教学系统的模型计算机的设计与实现

二、设计目的

计算机组成与结构课程设计是“计算机组成与结构〞课程的后续设计性课程，通过设计一台模型计算机，使学生更好地理解计算机组成与结构课程的根本内容，掌握计算机设计与实现的根本方法，培养学生实验动手能力和创新意识，为以后进行计算机应用系统的设计与开发奠定根底。

三、设计任务

在西安唐都科教仪器公司研发、生产的TD–CMA实验教学系统平台根底上，设计一个8位模型计算机系统，包括运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备。要求学生自己定义一套简单的指令系统，制定系统的设计方案和实现方法。

在计算机组成原理与系统结构实验系统上搭建模型计算机系统，完成运算器、微程序控制器的设计调试任务，并用所设计的指令系统编写一个实现简单功能的程序，在搭建的模型机系统上输入、调试和运行程序。最后总结实验结果，完善所设计的模型机系统方案和电路图，写出完整的设计报告。

四、实验设备和环境

实验设备：

1．计算机组成原理与系统结构实验箱1台

2．PC机1台

软件环境：

操作系统：WindowsXP

CMA〔实验箱配套软件〕

QuartusII4.2

五、设计内容和要求

根据设计任务的要求，结合时间进度安排和考核方面的因素，将本次设计内容分为五个局部，各局部的具体设计内容和要求如下：

第一局部模型计算机设计方案的制定

设计内容：

1．设计一个8位模型计算机系统，包括运算器，微程序控制器，存储器、简单输入／输出设备、时序和启停等电路；

2．画出系统组成框图，指出各个局部的功能和实现途径；

3．针对所设计的模型机系统，每组学生自己定义一套简单的指令系统，给出助记符指令格式，分配指令的机器代码，指出指令的功能；

4．写出设计方案。

设计要求：

1．所设计的模型计算机系统为8位模型机，运算器为8位运算器，数据总线和地址总线都为8位，输入设备为8位开关，输出设备为8位发光二级管指示灯；

2．每组定义的指令系统为6至10条指令，必须包含本组运算器特有运算功能的指令，每组必须有两条以上指令与其他组不同；

3．每组提交设计方案，包括简单模型机的结构框图、指令系统、

第二局部运算器的设计与调试

设计内容：

1.自定义运算器的功能；

2.使用TD–CMA实验教学系统提供的大规模可编程逻辑器件CPLD〔EMP1270〕，根据指令功能选择〔确定〕相应的算逻运算，用原理图输入或VHDL硬件描述语言方法进行设计，在QuartusII软件中建立工程文件，实现相应功能；

3.在“计算机组成原理与结构实验系统〞上调试和完成运算器的设计工作；

设计要求：

1．认真阅读实验教材，了解实验所用仪器和设备的使用方法及考前须知；

2．了解VHDL、HDL语言；

3.了解QuartusII软件环境；

4.实现自定义运算器；

5.提交在QuartusII软件中建立的工程文件；

第三局部微程序控制器的设计与调试

设计内容：

1．编写出实现自定义指令系统的微程序；

2．将所编写的微程序存储到控制存储器中；

3．在TD–CMA实验教学系统平台上调试和完成微程序控制器的设计工作；

设计要求：

1．认真阅读实验教材，了解实验所用仪器和设备的使用方法及考前须知；

2．将所编写的微程序存储到控制存储器中；

3．用单步执行微指令方式执行微程序并观测所发出的控制信号；

4．每组编写的程序必须有助记符表示的汇编语言源程序，并把源程序翻译成机器指令代码，并记录相关实验结果；

5.提交微程序流程图、对应的二进制微代码表。

第四局部整机调试

设计内容：

1．全面深刻地分析西安唐都科教仪器公司的TD–CMA实验教学系统的组成与结构，为设计模型计算机系统作准备；

2．在TD–CMA实验教学系统平台下完成程序的写入、运行、调试。

3.连线搭建实现一个简单的模型计算机，包括CPU，存储器，输入设备和输出设备。其中CPU由运算器〔使用大规模可编程逻辑器件CPLD设计实现〕、微程序控制器〔MC〕、通用存放器，指令存放器〔IR〕、程序计数器〔PC〕和地址存放器〔AR〕组成。