华北电力大学
实 验 报 告
实验名称 8位模型机的设计
课程名称 计算机组成原理
学生姓名： 号： 成 绩：
指导教师：王晓霞 实验日期：2018.12.26
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专业班级： 学 华 北 电 力 大 学 实 验 报 告
一、摘要 通过讨论CPU组织涉及的逻辑组成、时序控制方式，然后通过一台模型机的设计，进一步建立整机概念，并深人讨论CPU的工作机制，如何执行指令以及如何为此产生微命令序列。将重点放在寄存器级，力求规整，并采取较简单的组成模式，掌握基本原理。与实际机器相比，模型机采取简单的组成模式，每一时钟周期内所能完成的操作有限，所以指令执行速度较慢。 关键字： 模型机 微程序设计 指令 二、前言 计算机组成原理是计算机科学专业的一门重要的专业基础课,内容包括计算机部件和整机的组成与工作原理由于课程的专业性很强、概念繁杂抽象,8位模型机的设计有助于我们理解计算机整机的工作原理，让我们从设计角度来理解计算机的结构与工作原理。.计算机的核心部件CPU通常包含运算器和控制器两大部分。组成CPU的基本部件有运算部件、寄存器组、微命令产生部件等。这些部件通过CPU内部的总线连接起来，实现它们之间的信息交换。其中，运算部件和一部分寄存器属于运算器部分；另一部分寄存器、微命令产生部件和微程序控制器等则属于控制器部分。八位模型计算机的设计过程，包含通过内总线连接各基本功能单元模块构成数据通路，给出完备的指令系统，运算器的实现方式，用微指令设计计算机指令系统。 三、设计的目的、任务 1、设计的目的 根据计算机组成原理课程所学知识，设计一个8位的模型计算机。 1) 掌握计算机的基本组成和功能； 2) 掌握计算机各大部件的功能与设计方法； 3) 深入学习计算机各类典型指令的执行流程； 4) 深入学习微程序控制器的原理和设计过程； 5) 掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表； 6) 综合运用所学知识，在掌握部件单元电路设计的基础上，进一步构造一台基本的模型计算机，建立计算机整机概念； 7) 通过本次设计，理论联系实践，进一步加强学生分析问题、解决问题的能力，提高自身硬件设计水平。 2、设计的任务 1) 查阅文献资料，一般在5篇以上； 2) 以TEC-XP教学实验计算机系统为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立8位的整第 1 页 共 10 页
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机模型； 3) 完成8位模型机的整机设计和各部件的具体设计； 4) 撰写设计报告书； 5) 做好答辩工作。 四、8位模型机总体结构的设计 1. 寄存器 （1）可编程寄存器（8位） 通用寄存器：R0 、R1 程序计数器：PC 程序状态字寄存器：PSW （2）非编程寄存器（8位） 暂存器C：暂存来自主存的源地址或源操作数。 暂存器D：暂存来自主存的目的操作数地址或目的操作数。 指令寄存器IR：存放现行指令。 地址寄存器MAR：提供CPU访问主存的地址。 数据缓冲寄存器MBR：与数据总线双向连接，存储数据、控制命令与操作。 2. 总线宽度 （1）内总线：八根单向数据传送线，连接到有关寄存器对应的D输入端。 （2）系统总线：地址总线、数据总线、控制总线。 3．ALU位数及运算功能 （1）运算部件以算术、逻辑运算部件ALU为核心，采用两片4位的SN74181（负逻辑）芯片，由微命令M、S0、S1、S2、S3选择ALU操作功能，C0是送入最末尾的进位信号。 （2）ALU输入端设置A、B两个多路选择器，用以选择数据来源，具体见数据通路图 4．微命令的设置（各标识的含义）； 第 2 页 共 10 页