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计算机组成与体系结构
课程设计报告
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1 实验概述
1.1 实验目的
(1) 融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容,通过知识的综合运用,加深对计算机
系统各模块的工作原理及相互联系的认识,特别是对硬连线控制器的认识,建立清
晰的整机概念。
(2) 学习运用ISP(在系统编程)技术进行硬件设计和调试的基本步骤和和方法,熟悉
集成开发软件中设计、模拟调试工具的使用,体会ISP技术相对于传统开发技术的
优点。
(3) 培养科学研究的独立工作能力,取得工程设计与调试的实践经验。
1.2 设计与调试任务
(1) 按给定的数据格式和指令系统,在所提供的器件范围内,设计一台硬布线控制器控
制的模型计算机。
(2) 根据设计图纸,在通用实验台上进行组装,或对微程序控制方案的模型机进行改装,
并调试成功。
(3) 在组装调试成功的基础上,整理出设计图纸和其他文件,包括:
① 总框图(数据通路图);
② 硬布线控制器逻辑模块图;
③ 模块ABEL-HDL或VHDL源程序(如果没有,则文件中必须包含控制信号的译
码函数方程组,用逻辑表达式表示出每个控制信号);
④ 硬布线控制流程图;
⑤ 测试向量(可以用硬件描述语言或波形图的方式表示);
⑥ 元件排列图;
⑦ 设计说明书;
⑧ 调试小结;
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1.3 实验原理
采用的数据通路和微程序控制器方案相同。
硬连线控制器模型机所使用的时序信号比微程序控制器的要多一些,除了原有的时序信
号 T1 至 T4 外,还需要节拍信号,一拍等于一个 T1 至 T4 循环。实验仪提供的节拍信号有
四个:W1 至 W4。如果实验台提供的节拍信号不能满足需要(例如需要八拍),可以用寄
存器或 GAL 等自行构造,再从时序发生器引入 T1 至 T4 信号,也可以直接将节拍发生器涉
及到 ISP 芯片内部。
1.4 实验环境
(1) (TEC-4 计算机组成原理实验系统一台;
(2) 直流万用表一只;
(3) 逻辑测试笔一支;
(4) 集成电路若干片(取决于设计方案,如使用 ispEXPERT 作为设计工具可以选用芯
片 ispLSI1032,若使用 MAX+plus II,则可选用 EPM7064。);
(5) PC 机一台(具备 EDA 平台)
2 实验内容
2.1 实验方案设计
(1) 控制器的设计思路
硬布线控制器能够实现控制功能,关键在于它的组合逻辑译码电路。译码电路的任
务就是将一系列有关指令、时序等的输入信号转化为一个个控制信号,输出到各执
行部件中。
(2) 控制流程设计
微程序控制器的控制信号以微指令周期为时间单位,硬布线控制器以机器周期为时
间单位,两者本质上是一样的,1 个机器周期和 1 个微指令周期都是从时序 T1 的
上升沿到 T4 的下降沿的一段时间。在微程序控制流程图,1 个执行框代表 1 个微
指令周期,而在硬布线控制流程图中,1 个执行框就代表 1 个机器周期。
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