硬布线控制器模型机设计与实现

摘要

本课题用CPLD芯片编程来实现模型计算机中控制器的功能。它与给定实验箱上的时序电路、主存、输入输出设备、运算单元、寄存器组等构成一台完整的模型计算机。控制器采用硬布线控制器方式。
　　硬布线控制器又称组合逻辑控制器，它是早期计算机唯一可用的方案，当前RISC类型计算机普遍选用硬布线控制器。
　　硬布线控制器的运行原理是用组合逻辑门线路，直接提供控制计算机各功能部件协同运行所需要的控制信号，其优点是形成这些控制信号所必需的延迟时间少，对提高运行速度有利，其缺点是设计用于控制计算机各功能部件运行所需要的时序控制信号的门线路的逻辑比较复杂，把逻辑设计的结果再用与、或、非等门电路实现出来相对困难，尤其是要变动一些设计更不方便，但随着大规模、超大规模集成电路的发展，特别是不同类型的现场可编程器件的出现，这一问题得到了解决。在不久的将来，人们为了提高计算机的工作速度和效率，组合逻辑控制器会得到越来越广泛的应用。
　　本课题就是在人们对计算机的工作速度要求越来越高的形势下提出的，设计思想是：控制器根据计算机每条指令的要求，利用节拍电位和节拍脉冲有序的去控制机器的各部件，一个节拍、一个节拍地依次执行各种基本操作，从而在一个指令周期里完成一条指令所承担的全部任务。具体开展的工作如下：根据各条指令的功能要求，按给出的数据通路图，画出每条指令的操作流程图，将各条微操作落实到指令周期的不同节拍里去——编排操作时间表；对全部指令的操作时间表进行综合、分析，求出各相同的微操作产生条件的逻辑表达式，并利用硬件描述语言进行描述；采用ispDesignEXPERT软件来对可编程逻辑器件（Lattice公司提供的ispLSI1032芯片）进行编程下载；最后进行硬件调试，完成硬布线控制器模型机的设计与调试。

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Contents

1 绪论

1.1引言

1.2研究的内容

1.3基本知识

1.4研究的目的和意义

1.5 本章小结

2 CPLD器件与开发工具

2.1 CPLD器件ispLSI1032芯片简介

2.2 开发工具ISPDesign EXPERT软件介绍

2.3 硬件描述语言ABEL-HDL语言

2.4 本章小结

3 硬布线控制器模型机设计与实现

3.1 模型机总体设计

3.2 硬布线控制器模型机的详细设计

3.3 硬布线控制器模型机的调试与实现

3.4本章小节

4 硬布线控制器模型机实验的设计

4.1 模型机实验

4.2 本章小节

5 总结与展望

5.1设计过程中遇到的问题

5.2存在的不足

5.3进一步的设计

5.4总结

5.5展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文