2012 计算机组成原理 课程设计报告 基于微程序控制器的 题 目： 简单计算机系统设计与实现 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 电 话： 邮 件： 实 验 台： 完成日期： 指导教师： 计算机科学与技术 2012-03-04 周日下午 计算机科学与技术学院

课程设计任务书

一、设计题目

基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现

二、设计内容

设计模型机系统的总体结构、指令系统和时序信号。在对该模型机系统中的部件功能利用EDA软件的仿真功能进行仿真分析和功能验证的基础上，将部分电路下载到FPGA，并与适当的外围器件相配合，实现模型机的整机系统。要求所设计的整机系统能支持自动和单步运行方式，能正确地执行存放在主存中的程序的功能，对主要的数据流和控制流通过LED适时显示信息。

三、设计要求

1) 支持算术运算、逻辑运算、存储器读写、寄存器间数据传送等几类指令；

2) 支持立即数寻址、直接寻址、隐含寻址、寄存器寻址等几种基本数据寻址方式和顺序寻址、

跳跃寻址方式； 3) 支持10条以上的指令；

4) 能运行由自己设计的指令系统构成的一段程序，程序执行功能正确。

四、设计流程

1) 根据课程设计指导书的要求，制定出设计方案；

2) 画出模型计算机系统的原理框图和器件连接图，分析器件连接图中各器件不同引脚的功

能，哪些可以固定连接，哪些需要通过微程序来控制，以及这些控制信号的有效形式； 3) 画出各指令的指令周期流程图和所需要的控制信号； 4) 设计出实现指令功能的微程序控制器或硬布线控制器； 5) 布线、调试、验收； 6) 课程设计报告和总结。

五、成绩评定

成绩评定根据考勤、课程设计的过程、课程设计的效果、课程设计报告质量等进行综合评定；其中设计过程和结果占70%，课程设计报告占30%；课程设计的成绩评定等级为不及格、及格、中、良好、优秀五级；对基本功能进行扩展或设计具有非常鲜明的特征和一定程度的创新，可根据实际情况加分。

六、设计报告要求

课程设计报告主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计步骤、遇到的问题及解决方法、设计总结、参考文献等。要求在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码表等图表进行说明。总结部分主要写设计工作简介以及设计体会。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。课程设计报告采用《计算机组成原理》专用设计报告模板，A4纸双面打印，除框图外需附下载的设计图以及微指令控制点图。

七、时间安排

课程设计的总体时间为2周，具体安排如下: 1) 第1天：到实验室布置任务和集中讲解。

2) 第2天：学生自己设计，选择并熟悉自己所要的芯片。

3) 第3天：领导线和芯片，进行芯片功能测试，在此基础上修改完善原设计方案。 4) 第4天到第10天：实验室调试、验收。

八、主要参考文献

[1] 秦磊华，王小兰. 计算机组成原理实验指导及课程设计指导书(基于EDA平台). 武汉：华

中科技大学出版社，2010年.

[2] 秦磊华，吴非，莫正坤.计算机组成原理. 北京：清华大学出版社，2011年.

[3] DAVID A.PATTERSON(美).计算机组成与设计硬件/软件接口(原书第3版).北京：机械工业

出版社. 2007年.

[4] 袁春风编著. 计算机组成与系统结构. 北京：清华大学出版社，2011年.

目 录

1 课程设计概述 ......................................................................................... 7 1.1 课设目的 .............................................................................................. 7 1.2 设计任务 .............................................................................................. 7 1.3 设计要求 .............................................................................................. 8 2 实验原理与环境...................................................................................... 9 2.1 实验原理 .............................................................................................. 9 2.2 实验环境 .............................................................................................. 9 3 总体方案设计 ....................................................................................... 10 3.1 需求分析 ............................................................................................ 10 3.2 硬件设计 ............................................................................................ 10 3.3 软件设计 ............................................................................................ 16 4 详细设计与实现.................................................................................... 18 4.1 选用芯片 ............................................................................................ 18 4.2 硬件实现 ............................................................................................ 24 4.3 软件实现 ............................................................................................ 30 5 实验过程与调试.................................................................................... 48 5.1 仿真XXX ............................................................................................. 48 5.2 主要故障与调试 .............................................................................. XLVI 5.3 功能测试 ...................................................................................... 5XLVII 5.4 实验流程图 ......................................................................................... 53 6 设计总结与心得.................................................................................... 55