計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告(cpu設(shè)計(jì))

計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)號(hào): 姓名： 成績： 學(xué)號(hào): 姓名： 成績： 東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系二0 10 年 11 月一、設(shè)計(jì)名稱：My CPU的設(shè)計(jì)二、本設(shè)計(jì)的主要特色：1、熟悉掛總線的邏輯器件的特性和總線傳送的邏輯實(shí)現(xiàn)方法。 2、掌握半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器的存取方法。三、設(shè)計(jì)方案：1. 數(shù)據(jù)格式8位二進(jìn)制定點(diǎn)表示2. 指令系統(tǒng)CPU的指令格式盡量簡單規(guī)整，這樣在硬件上更加容易實(shí)現(xiàn)。7條基本指令：輸入/輸出，數(shù)據(jù)傳送，運(yùn)算，程序控制。操作碼 尋址方式 7 6 5 4 3 2 1 0 指令格式： 兩種尋址方式：寄存器尋址 操作碼 R目 R源 7 6 5 4 3 2 1 0 直接地址尋址，由于地址要占用一個(gè)字節(jié)，所以為雙字節(jié)指令。操 作 碼 R目 R源 內(nèi) 存 地 址 7條機(jī)器指令：IN R目：從開關(guān)輸入數(shù)據(jù)到指定的寄存器R目。0 0 0 1 R目 0 0 OUT R源： 從指定的寄存器R源中讀取數(shù)據(jù)送入到輸出緩沖寄存器，顯示燈亮。0 0 1 00 0R源ADD R目，R源： 將兩個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)相加，結(jié)果送到R目。0 1 0 1R目R源JMP address : 無條件轉(zhuǎn)移指令。0 1 1 00 00 0Address（內(nèi)存地址）HALT : 停機(jī)指令。0 1 1 10 00 0LD R目，address : 從內(nèi)存指定單元中取出數(shù)據(jù)，送到指定寄存器R目。0 0 1 1 R目0 0Address（內(nèi)存地址）ST address , R 源: 從指定的寄存器R源中取出數(shù)據(jù)，存入內(nèi)存指定單元。0 1 0 00 0R源Address（內(nèi)存地址）3. CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.數(shù)據(jù)通路設(shè)計(jì)根據(jù)指令系統(tǒng)，分析出數(shù)據(jù)通路中應(yīng)包括寄存器組、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、多路轉(zhuǎn)換器等，采用單總線結(jié)構(gòu)。通用寄存器組：運(yùn)算器：存儲(chǔ)器：多路轉(zhuǎn)換器：輸出緩沖器：5 控制器設(shè)計(jì)控制通路負(fù)責(zé)整個(gè)CPU的運(yùn)行控制，主要由控制單元和多路選擇器MUX 完成。在每一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿指令寄存器IR 從內(nèi)存中讀取指令字后，控制單元必須能夠根據(jù)操作碼，為每個(gè)功能單元產(chǎn)生相應(yīng)主控制信號(hào)，以及對(duì)ALU 提供控制信號(hào)。對(duì)于不同的指令，同一個(gè)功能單元的輸入不同，需要多路選擇器MUX 來對(duì)數(shù)據(jù)通路中功能單元的輸入進(jìn)行選擇。程序計(jì)數(shù)器PC：指令寄存器IR：指令譯碼電路：脈沖源及起?？刂凭€路：時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生部件：Sequence1內(nèi)部電路：四、完成的任務(wù)1、補(bǔ)充了譯碼電路；2、修改了時(shí)序電路，滿足教材要求；3、編寫指令的微程序；指令的微程序 lodpc (1000 0000)： C00100 送數(shù) (1100 0000)： 30C000 C00400 取值公操作(0000 0000)： 30C000 IN(0001 0000)： C00200 OUT(0010 0000)： LD(0011 0000)： 30C000 ST(0100 0000)： 30C000 110C080ADD(0101 0000)： JMP(0110 0000): 30C000 HALT (0111 0000)： 4、建立RAM.mif中的內(nèi)容；RAM中內(nèi)容簡要介紹：地址 指令E0 IN R0/向R0里放入數(shù)據(jù)20E1LD/從指定存儲(chǔ)單元30取出數(shù)據(jù)03放到R1中E3 OUT/將R1中的數(shù)據(jù)輸出出來E4 ADD R0,R1/將R0和R1相加結(jié)果放入到R0中E5OUT /把相加結(jié)果23輸出 E6JMP /跳轉(zhuǎn)到F0F0ST/將R0里的數(shù)據(jù)存入指定單元20中F2LD /將20中的數(shù)據(jù)取出放入R3中F4OUT /將R3中的數(shù)據(jù)取出F5 HALT /停機(jī)指令5、測(cè)試結(jié)果與性能分析。M1，M2，M3，M4的波形：整體仿真波形：五、課程設(shè)計(jì)總結(jié)實(shí)驗(yàn)分工:XX負(fù)責(zé)波形仿真及電路圖的后期修改、RAM程序設(shè)計(jì)，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告中RAM程序的介紹和總結(jié)。XX和OO共同負(fù)責(zé)時(shí)序電路的修改、譯碼電路的設(shè)計(jì)和指令的微程序。OO負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的原理分析和各種貼圖。這次的實(shí)驗(yàn)一開始就有很多的困難。實(shí)驗(yàn)初期分析電路圖就費(fèi)了很大的功夫，查看各種資料了解各元件的原理和性能。因?yàn)橹挥欣砬辶穗娐凡拍馨凑针娐穪韺懼噶畹奈⒊绦颉５菍懞昧藶槌绦蛟诤笃诘姆抡嬷羞€是會(huì)出現(xiàn)不少的問題，到時(shí)候還要回都修改微程序。在修改電路圖的時(shí)候由于對(duì)Quartus II軟件并不是很熟悉，浪費(fèi)了很多的時(shí)間。例如，sequence1的內(nèi)部電路修改了以后要用新的sequence1原件代替舊的，都不知道該怎么做。都是自己一點(diǎn)點(diǎn)試出來的。另外，因?yàn)楸容^依賴書上給的電路圖并沒有懷疑書上的電路圖會(huì)有錯(cuò)，所以在仿真出的波形不對(duì)是一直是在檢查自己指令的微程序有沒有出錯(cuò)。仔細(xì)看了波形圖后發(fā)現(xiàn)三個(gè)74238寄存器和1to8接的順序是錯(cuò)的。還有就是要給ram和rom都接時(shí)鐘。經(jīng)過一個(gè)月的努力我們完成了mycpu設(shè)計(jì)的基本要求。雖然比起有些同學(xué)的設(shè)計(jì)我們的功能顯得很單薄，但我們也是靠著自己的力量做出來了。在發(fā)現(xiàn)和解決問題的過程中，我們考慮問題也變得更加的全面和仔細(xì)，還有就是提高了我們的邏輯思維能力，特別是遇到問