组成原理课程设计ppt课件

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1、计算机组成原理计算机组成原理主讲教师:谭志虎、王小兰主讲教师:谭志虎、王小兰 课程设计课程设计计算机组成原理计算机组成原理课程设计目的课程设计目的 加深加深对冯诺依曼体系构造依曼体系构造计算机算机组成及其各部分功能成及其各部分功能的了解的了解进一步建立整机的概念。一步建立整机的概念。加深加深对计算机数据通路的了解、加深算机数据通路的了解、加深对计算机指令系算机指令系统、微指令的微指令的认识,并,并经过时序控制,完好地序控制,完好地设计一个一个简单的的计算机系算机系统。锻炼学生初步的学生初步的计算机系算机系统分析和分析和设计才干。才干。锻炼学生分析、定位和排除缺点的才干。学生分析、定位和排除缺点

2、的才干。计算机组成原理计算机组成原理课程设计要求课程设计要求 利用各利用各单元元实验和和课堂上所学知堂上所学知识,选择适当的芯片,适当的芯片,设计简单的的计算机系算机系统.在完成数据通路在完成数据通路设计并并验证数据通路功能的根底上添加指数据通路功能的根底上添加指令和微指令控制的功能令和微指令控制的功能以本人所以本人所设计的的计算机系算机系统为硬件硬件环境,境,设计出各指令周出各指令周期流程期流程图,并,并设计出相出相应的微命令。的微命令。以手以手动方式方式产生各指令生各指令执行行过程中所需求的微命令程中所需求的微命令,控制指控制指令的令的执行。行。设计控存,并将各指令的微程序存放在控存,并将

3、各指令的微程序存放在CM中,中,经过适当适当的的时序控制,序控制,经过微程序自微程序自动控制指令的控制指令的执行。行。计算机组成原理计算机组成原理课程设计义务课程设计义务根据根据课程程设计指点指点书的要求,制定出的要求,制定出设计方案方案画出本人所画出本人所设计计算机系算机系统的原理框的原理框图和器件和器件衔接接图,分析器件分析器件衔接接图中各器件不同引脚的功能,哪些可以固中各器件不同引脚的功能,哪些可以固定定衔接,哪些需求接,哪些需求经过微程序来控制,以及微程序来控制,以及这些控制信些控制信号的有效方式。号的有效方式。画出各指令的指令周期流程画出各指令的指令周期流程图和所需求的控制信号和所需

4、求的控制信号设计出出实现指令功能的微程序指令功能的微程序布布线、调试、验收收课程程设计报告和告和总结(!)计算机组成原理计算机组成原理确定确定 设计的总体要求设计的总体要求设计主机的逻辑框图设计主机的逻辑框图设计指令系统设计指令系统画出指令周期流程图及逻辑控制信号画出指令周期流程图及逻辑控制信号选择适当的芯片实现逻辑框图中的功能模块选择适当的芯片实现逻辑框图中的功能模块将指令周期流程图中的逻辑控制信号详细化将指令周期流程图中的逻辑控制信号详细化连线、调试连线、调试优化控制信号并设计微程序优化控制信号并设计微程序实现组成成计算机组成原理计算机组成原理一、相关的根底实际一、相关的根底实际1、CPU

5、的功能与的功能与组成成a)CPU的四项功能b)完胜利能需求的根本构造c)重要的存放器PC、IR、AR、AC、DR计算机组成原理计算机组成原理2、控制器组成与指令周期流程图、控制器组成与指令周期流程图不同的通路构造,流程不尽一样不同的器件,控制信号的方式不尽一样计算机组成原理计算机组成原理、指令和微指令的格式、指令和微指令的格式操作码操作码(OP)地址码字段地址码字段(A)指令长度、位数、的位数及支持的寻址方式指令长度、位数、的位数及支持的寻址方式微指令的长度、控制字段位数、顺序控制字段的设置微指令的长度、控制字段位数、顺序控制字段的设置计算机组成原理计算机组成原理4、微程序在控存中的存放及微程

6、序控制器的任务过程、微程序在控存中的存放及微程序控制器的任务过程LAD R0,80)ADD R0, (81)JO 75STA (R1), R0000000000000101010101110 10 0000000000010010000001101110 00 0000100100000000000000000000 00 0011000010110000000001101110 00 0100000000000010010000000000 00 0000000000000000000101000000 01 0000000000000000000000000000 00 011100000

7、0000000000000000000 00 000000000001001000110100010101100111 计算机组成原理计算机组成原理微程序存放表示图下址字段地址1000XXXX0111XXXX0110XXXX0101XXXX0100XXXX0011XXXX0010XXXX0001XXXX0000操作控制字段HALT64STA (R1) ,R063JO 7562ADD R0,(81)61LAD R0,(80)60控制存储器CS取指微指令加法微程序取数微程序存数微程序转移微程序0000000001100000000000110010主存储计算机组成原理计算机组成原理(1)硬布线控制

8、器的时序体制硬布线控制器的时序体制 主形状周期主形状周期-节拍拍电位位-节拍脉冲拍脉冲 三三级体制体制指令周期指令周期CPU周期周期时钟周期周期本实验台上有时钟周期T1-T5,需求本人产生CPU周期5、采用硬连布线设计控制器的方法、采用硬连布线设计控制器的方法计算机组成原理计算机组成原理DRBUS BUSbus LDR0PC+1RDLDDR IRBUS,LDARPCBUS , LDARRD ,LDDRDRBUS,LDIRDRBUS = M1T4+LAD M2 T3 + ADDM3T3(2)硬连布线设计控制器的方法硬连布线设计控制器的方法计算机组成原理计算机组成原理产生生DRBUS微命令信号的微

9、命令信号的电路表达式:路表达式: DRBUS = M1T4+LAD M2 T3 + ADDM3T3ADD 10机器周期取指令指令周期机器周期执行指令T1T2T3T4(PC)IR(10)+AC ACData Path(PC)AR MEMDR DRIRIR(A)AR MEMDR 取操作数 DR+ACAC 运算Control SignalPCout,LDAR, RD, LDDR,LDIR,PC+IRout, LDAR, RD, LDDR, + , ALUoutT1T2T3T4微指令周期微指令周期取微指令执行微指令取微指令执行微指令PC=0000PC取决于IR(OP)PC取决于IR下址字段或PC+ 访

10、问控存(读)访问控存(读)PC如何取值初始值0000 取指令微指令根据IR(OP)进展转移PC+ 或者下址字段什么时间选择什么值?主存控存共用的问题访存冲突必需分时运用主存地址4个来源PC、0000、PC、IR(A)如何分时运用取指令微指令完成取指令第一条微指令如何取出固定时序电路完成上电就开场取微指令T4下跳沿访问主存(读/写)访问主存(读)计算机组成原理计算机组成原理6、细节处置及选择适宜的芯片、细节处置及选择适宜的芯片微地址存放器的值能够来微地址存放器的值能够来自于三处自于三处:指令的指令的OP0地址地址(取微指令取微指令)微指令的地址字段微指令的地址字段计算机组成原理计算机组成原理DR

11、的的值能能够来源于来源于:AC主存主存IR的方式地址部分的方式地址部分(与与寻址方式有关址方式有关)DR的作用的作用CPU和主存之和主存之间信息信息传送的中送的中转站站补偿CPU和主存之和主存之间的速度差的速度差别单累加器构造的运算器中作累加器构造的运算器中作为操作数操作数存放器存放器计算机组成原理计算机组成原理DRIRACDBUS共享总线的处置共享总线的处置计算机组成原理计算机组成原理数据冲突的处置数据冲突的处置 除除图示的情况外示的情况外, ,在在课程程设计过程中程中还有很多地方有很多地方存在能存在能够数据冲突数据冲突, ,需求特需求特殊殊处置置相相应器件器件输出出带三三态并并进展有效控制

12、展有效控制计算机组成原理计算机组成原理数据被多次累加的景象数据被多次累加的景象输出与出与输入之入之间控制不当控制不当导致致计算机组成原理计算机组成原理隐藏的缺点分析与处置隐藏的缺点分析与处置LED显示不正常要将分析的范要将分析的范围放大一些放大一些,建建议采取模采取模块化化设计和模和模块化隔离方化隔离方法定位缺点法定位缺点计算机组成原理计算机组成原理二、实验所运用的根本芯片二、实验所运用的根本芯片74LS18174LS373 八D触发器2816 E2PROM存储器(2816 2K8 )74LS395 四位存放器74LS157二选一数据选择器74LS244 八三态输出缓冲器74LS161四位计数

13、器74LS74,双D触发器假设干根本的门电路计算机组成原理计算机组成原理74LS244引脚封装图引脚封装图8D锁存器,具有三态驱动输出锁存器,具有三态驱动输出 三态输出的八缓冲器三态输出的八缓冲器 74LS373引脚封装图引脚封装图留意留意244与与373的不同的不同,凡是能用凡是能用244的地方也可以用的地方也可以用373,反反过来那么不一定能互来那么不一定能互换,需,需详细分析分析计算机组成原理计算机组成原理1.CP:脉冲输入端:脉冲输入端 (上升沿触发上升沿触发2.QD、QC、QB、QA:计数输出:计数输出3.RD:异步复位端低电平有效:异步复位端低电平有效4.LD:同步置数端低电平有效

14、:同步置数端低电平有效5.DCBA: 预置数输入端预置数输入端 5.EP、ET:计数使能端高电平有效:计数使能端高电平有效6.RCO:进位输出端高电平有效:进位输出端高电平有效74161逻辑图逻辑图计算机组成原理计算机组成原理74LS157四二选一数据选择引脚封装图四二选一数据选择引脚封装图E S A B YH X X X LL 0 A B AL 1 A B B计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理多余的地址多余的地址线一定不能不接一定不能不接!衔接地址的接地址的导线一定不一定不能断能断!衔接地址的源点信号的接地址的源点信号的逻辑电平一定要正确平一定要正确!计算机组成原理计算

15、机组成原理74LS74双双D触发器触发器计算机组成原理计算机组成原理三、调试建议三、调试建议 分布调试分布调试 遇到缺点要仔遇到缺点要仔细分析,不要急于把一切的分析,不要急于把一切的导线都撤除并重都撤除并重衔接,要仔接,要仔细分析缺点的分析缺点的缘由并排除,否那么缺点将重由并排除,否那么缺点将重现。计算机组成原理计算机组成原理四、实验台规划四、实验台规划计算机组成原理计算机组成原理特别强调特别强调:1、不能带电插拔导线!、不能带电插拔导线!2、整个实验过程中不能插拔下载电缆!、整个实验过程中不能插拔下载电缆!3、不能插拔其它实验台上的、不能插拔其它实验台上的FPGA芯片!芯片!计算机组成原理计

16、算机组成原理五、时间安排五、时间安排第一周周一:第一周周一: 布置义务和集中讲解布置义务和集中讲解第一周周二:学生本人设计第一周周二:学生本人设计,选择并熟习本人所要的芯片选择并熟习本人所要的芯片周三上午周三上午 :领取导线和芯片:领取导线和芯片,进展芯片功能测试,在此根进展芯片功能测试,在此根底底 上修正和完善原设计方案。上修正和完善原设计方案。剩余时间剩余时间 :实验室调试调试、验收:实验室调试调试、验收(期间根据实践期间根据实践 情况加开个晚班情况加开个晚班)计算机组成原理计算机组成原理六、本卷须知六、本卷须知、人一组,各组独立完成、原那么上分组不能跨班、人一组,各组独立完成、原那么上分

17、组不能跨班、设计出根本功能后可根据实践情况进展适当的扩展、设计出根本功能后可根据实践情况进展适当的扩展、维护实验设备,不随意拔插与本人的方案无关的芯、维护实验设备,不随意拔插与本人的方案无关的芯 片,以免影响实验台的功能片,以免影响实验台的功能、坚持良好的次序、坚持良好的次序、设计报告于设计完成后、设计报告于设计完成后4周内以班级为单位一致周内以班级为单位一致计算机组成原理计算机组成原理课程设计义务n根据课程设计要求,制定出设计方案、n画出所设计的计算机系统的原理框图和详细接线图,选定适宜的器件以实现相应的逻辑功能,哪些可以固定衔接,哪些需求经过微程序控制,以及这些控制信号的有效方式。n画出各指令的指令周期流程图,和所需求的控制信号。设计出实现指令功能的微程序。n布线/调试/验收n写出课程设计报告,画出正确的实验电路图,并总结所设计电路的特点,提出改良意见。n对整个课程设计的过程给予一个评价。

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