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第一篇 计算机系统（模型机）的设计方法介绍1

第1章 概述1

1.1背景1

1.2课程的设计思路1

1.2.1设计定位1

1.2.2开发方法的设计2

1.3技术要求和实施平台3

第2章 计算机系统设计方法的描述4

2.1系统开发的整体规划（见图2-1）4

2.2系统的体系结构描述（三种）4

2.3系统的初步划分6

2.4系统内部模块的关联6

2.5系统的详细设计流程图7

第3章 计算机系统的设计与实现（组合逻辑设计方案）10

3.1构建数据流的路径10

3.2配置数据流路径（数据通路）的基本部件11

3.3取指周期的分析11

3.4数据通路的构建举例12

3.4.1取指令数据通路的构建（见图3-2）12

3.4.2各类指令数据通路的构建12

3.4.3总的数据通路的形成14

3.4.4数据通路中控制信号的确定14

3.5指令集设计15

3.5.1指令系统设计概述15

3.5.2指令类型的设计16

3.5.3指令格式的设计16

3.5.4寻址方式的确定17

3.5.5各条指令的描述与功能部件的配置17

3.5.6写出“指令系统对照表”17

3.6控制器的设计18

3.6.1控制器的设计概述18

3.6.2控制器的基本逻辑模块组成19

3.6.3微操作与各种信号之间的关系19

3.6.4“时序”设计要点20

3.6.5时序电路模块的设计20

3.6.6组合逻辑控制器的一般设计方法和步骤22

3.6.7一个控制器设计方法（CU的状态图描述法）的描述23

3.6.7.1设计思路和步骤23

3.6.7.2分析指令执行过程23

3.6.7.3控制器微操作序列的设计24

3.6.7.4控制器微命令的设计24

3.6.7.5控制器的状态机图的设计24

3.6.7.6描述信号（微命令）和状态之间的关系25

3.7控制器和系统的实现（“组合逻辑”的设计方案）27

3.7.1控制信号产生电路的硬件实现方法27

3.7.2系统各级电路的硬件实现27

3.8控制器的仿真测试31

3.9存储器的设计要点31

3.10系统的调试32

第4章 计算机系统设计方法和步骤（微程序设计方案）33

4.1设计思路和步骤33

4.2指令集的设计33

4.2.1指令类型33

4.2.2指令的格式及其实现的操作34

4.3系统硬件电路的设计35

4.3.1系统电路图的设计35

4.3.3各微命令信号的含义及功能如下35

4.3.4主要部件的描述37

4.4指令流程图及数据通路图的描述39

4.5控制器的设计42

4.5.1控制器的设计思路42

4.5.2控制器ASM图的设计43

4.5.3微程序的设计43

4.5.4画出微程序代码表45

4.6计算机系统的实现45

4.6.1系统实现（集成）方法的选择45

4.6.2设计计算机（主机）系统45

4.6.3编写测试程序45

4.7总线和外设接口的设计46

第5章 实践总结47

5.1结果分析47

5.2经验分析47

第二篇 VHDL语言基础及实例49

6.1 VHDL程序的结构49

6.2 VHDL的基本词汇元素58

6.3 VHDL的对象62

6.4 VHDL的数据类型64

6.5运算符71

6.6 VHDL的顺序语句73

6.7 VHDL的并行语句80

6.8子程序语句85

6.9系统的层次结构设计90

6.10程序包及应用90

第三篇 实验项目93

实验一 串并型加减法器的设计93

实验二 层次结构的设计与实现102

实验三 逻辑单元的设计与实现108

实验四 寄存器组的设计与实现110

实验五 时序部件的设计117

实验六 寻址电路的设计和实现126

实验七 内部存储器的设计与实现131

实验八 数据通路的设计和实现134

实验九 三级时序电路模块的设计和仿真分析136

实验十 指令译码器（硬连线控制器）电路的设计和实现141

实验十一 多模块并行执行的设计145

实验十二 程序包的使用147

附录1 Xilinx LSE开发平台的应用150

附录2 XJECA实验教学系统使用介绍170

附录3 Quartus Ⅱ基本使用方法及TEC-CA设备的介绍191