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基于组合逻辑控制器的模型机研究与实现

作　者: 王晓东
导　师: 耿恒山
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 模型机 CPLD RISC 组合逻辑 控制器 指令系统
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


《计算机组成原理》是计算机专业的一门核心课程，该课程涉及学科知识较多，需要硬件，软件，数字电路，程序设计方法学等课程的支撑，让学生们参与课程实验是学好这门课程的一个非常有效的方法，因此，该课程的实验教学也越来越受到各所高校的重视。而该课程所用到的模型机根据控制器的不同，分为组合逻辑控制器模型机和微程序控制器模型机。为了丰富组成原理课程教学，完善组成原理课程设计，认识和理解CPU的内部结构和工作原理，本文设计实现了组合逻辑控制器模型机。组合逻辑控制器模型机按照冯·诺依曼结构设计，总线宽度设为8位，指令系统的设计借鉴了精简指令系统（RISC），包括23条功能指令和3条面板指令，主要由简单并且使用频率高的指令构成，包括了寄存器操作类指令、内存访问类指令、跳转类指令和输入输出指令。控制器部分采用CPLD设计，用指令译码器完成对指令的译码，通过分析指令执行过程，确定机器周期节拍数为8个，使大部分指令能在一个周期内完成，个别复杂指令由两个周期完成指令执行任务，然后通过分析控制信号的形成过程，列出控制信号的逻辑表达式，最终搭建出组合逻辑电路，完成控制器部分的设计，和外围运算器和存储器组成完整的模型机。与微程序控制器模型机相比，组合逻辑控制器模型机在速度上有很大的优势，而由CPLD实现的控制器有效地增强了设计的灵活性，并缩小了机器体积，提高了整体性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-12
  §1-1 课题研究背景和意义  9
  §1-2 国内外模型机设计研究现状  9-10
  §1-3 本论文的主要工作及内容安排  10-12
    1-3-1 本论文的主要工作  10
    1-3-2 论文的内容安排  10-12
第二章 组合逻辑控制器模型机的总体结构  12-16
  §2-1 模型机的整体结构  12-14
    2-1-1 冯·诺依曼体系结构  12-13
    2-1-2 精简指令集计算机结构  13-14
    2-1-3 模型机的总体数据通路  14
  §2-2 开发工具介绍  14-15
  §2-3 本章小结  15-16
第三章 指令系统  16-27
  §3-1 指令系统的发展  16
  §3-2 指令系统的概述  16-21
    3-2-1 指令格式  16-19
    3-2-2 寻址方式  19-20
    3-2-3 指令类型  20-21
  §3-3 本模型机的指令系统  21-26
    3-3-1 模型机指令格式  23
    3-3-2 指令系统的寻址方式  23-25
    3-3-3 模型机的指令类型  25-26
  §3-4 本章小结  26-27
第四章 组合逻辑控制器的设计  27-40
  §4-1 组合逻辑控制器的整体结构  27-29
    4-1-1 组合逻辑控制器的设计思路  27
    4-1-2 组合逻辑控制器的组成  27-28
    4-1-3 组合逻辑控制器的实现途径  28-29
  §4-2 时序节拍部分  29-32
    4-2-1节拍的确定与周期选择的设计  29-31
    4-2-2节拍脉冲形成电路设计  31-32
  §4-3 指令译码器部分  32-34
    4-3-1 指令译码器的工作原理及设计思路  32
    4-3-2 指令译码器的电路设计  32-34
  §4-4 组合逻辑电路部分  34-39
    4-4-1 组合逻辑电路的设计思路  34
    4-4-2 控制信号的节拍划分  34-37
    4-4-3 控制信号逻辑表达式的综合与化简  37-39
  §4-5 本章小结  39-40
第五章 寄存器的设计和两种模型机的比较  40-45
  §5-1 寄存器的设计  40-43
    5-1-1 寄存器的分类  40-41
    5-1-2 模型机上寄存器的设计  41-43
  §5-2 两种模型机的比较  43-44
    5-2-1 两者控制器的对比  43
    5-2-2 两者性能的比较  43-44
  §5-3 本章小结  44-45
第六章 控制器的仿真测试和模型机整机调试  45-54
  §6-1 组合逻辑控制器的仿真测试  45-50
    6-1-1 指令译码器的仿真测试  45-46
    6-1-2 组合逻辑电路的仿真测试  46-48
    6-1-3 控制器的整体仿真测试  48-50
  §6-2 整机调试  50-54
    6-2-1 控制器接口的配置  50-51
    6-2-2 模型机执行指令的操作过程  51-52
    6-2-3 程序的执行实验  52-54
第七章 总结和展望  54-55
参考文献  55-57
附录 A  57-59
附录 B  59-61
附录 C  61-62
附录 D  62-63
致谢  63-64
攻读学位期间所取得的相关科研成果  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 存贮器
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