计算机组成原理课程设计一个简单主机的设计

计算机组成原理课程设计的核心是构建一个简单主机，这个过程涵盖了多个关键步骤，包括指令系统的设计、总体结构的确定、逻辑设计以及控制方式的选择。 一、指令系统设计 1. 基本字长：基本字长是计算机处理数据的最小单位，本设计中基本字长设定为8位，意味着内存单元的大小为8位，可以存储0到255的无符号整数。 2. 指令格式：有两种格式，单字长和双字长。双字长指令中，第二个字节通常作为操作数或操作数地址。指令格式分为6位的操作码（OP）和2位的操作数字段，总共8位。 3. 指令类型：包括单操作数、双操作数和无操作数指令，最多可定义16条指令。数据的传送单位为8位，范围限定在寄存器（R）到寄存器、寄存器到内存（RAM）以及内存到寄存器。 4. 寻址方式：源操作数和目的操作数字段有不同含义，例如立即寻址（I）、寄存器寻址（Ri）和直接寻址（D）。 二、总体结构 1. 寄存器设置：包括通用寄存器R0和R1（8位），指令寄存器IR（8位），程序计数器PC（8位）和地址寄存器MAR（8位）。 2. 加法器设置：采用8位带串行进位加法器，用于进行算术运算。 3. 选择器设置：A选择器连接RAM读出数据和R0，B选择器连接PC和R1的数据。 4. 数据通路：基于总线结构，CPU为核心，信息传输路径包括取指令、送指令地址、指令计数器加1、寄存器间数据传输以及向RAM写入数据。 三、逻辑设计 1. 加法器逻辑：由两个四位全加器组成，采用串行进位。 2. 选择器设计：MUX82E类型的，根据控制信号选择数据源。 3. 寄存器设计：包括不带复位和带复位的寄存器，如R0、R1、IR和MAR，由D触发器构成，接受并输出总线数据。 4. 部件连接：以CPU为中心，通过总线连接各个部件，实现数据流动。 四、控制方式 选择了微程序方式来确定信息的流向。微程序控制器由微地址计数器、微程序存储器、微指令寄存器和译码器组成，其工作时序由P脉冲控制，微指令字长为16位，包含各种控制字段，如A选择控制器、B选择控制器等。 整个设计过程从指令系统的规划到硬件组件的逻辑设计，再到控制方式的确定，充分体现了计算机组成原理的基本原则。通过这样的设计，可以理解计算机内部数据处理的流程，为理解和开发更复杂的计算机系统打下基础。