非常简单CPU数据通路设计
实验目的:
1. 掌握CPU的设计步骤 2. 学会芯片的运用及其功能
即是本次实验的主要内容是利用Quarters2仿真平台设计非常简单的CPU的数据通路,加深对CPU的分析和理解。
实验方法:
在Quarter2环境下实现非常简单CPU数据通路的设计
实验内容:
绘制非常简单CPU的寄存器:一个8位累加器AC,一个6位的地址寄存器AR,一个6位的程序计数器PC,一个8位的数据寄存器DR,一个2位的指令寄存器IR。其数据通路详见教材P。
注:6位寄存器、6位计数器两个元件的设计文件:reg6.gdf和cou6.gdf已
经给出。 1、零件制作
6位寄存器reg6.gdf (自行设计) 6位计数器cou6.gdf (自行设计)
8位寄存器 (可选择74系列宏函数74273) 8位计数器 (由两个74161构成)
2位寄存器 (由D触发器构成,自行设计)
6三态缓冲器 (自行设计,可由74244内部逻辑修改而成) 8三态缓冲器 (选择74系列宏函数74244,或作修改) alu模块 (自行设计,限于时间,其内部逻辑不作要求) 2、选择器件,加入数据通路顶层图 8位累加器AC:选择8位计数器 6位地址寄存器AR:reg6 6位的程序计数器PC:cou6
8位的数据寄存器DR:选择8位寄存器 2位的指令寄存器IR:选择2位寄存器 3、为PC、DR加入三态缓冲器。 4、调整版面大小,器件位置。
5、设计地址引脚、数据引脚、8位内部总线,加入数据引脚到内部总线的 缓冲器。
6、连接各器件之间以及到内部总线的线路,设计并标注各控制信号。 7、(选做)编译之后,给出微操作 AR<-PC 的测试方法及仿真结果。 8、实验报告中应给出各元部件的实现方法、内部逻辑贴图、打包符号说 明及顶层的“非常简单CPU”数据通路图。
实验步骤与具体过程分析
基于前面非常简单CPU的讲解,我掌握了非常简单CPU的指令集结构及非常简单CPU的指令读取过程和执行过程,本次实验是在上次实验的基础之上完成非常简单CPU数据通路的设计,其步骤如下: (1)、AC累加器原理图如下:
打包框图如下:
分析: 8位累加器AC是由8位计数器(cou8)组成。
(2)、6位地址寄存器AR设计如下(此电路图老师已给出):
打包打包框图AR如下:
分析:6位地址寄存器AR是由六位寄存器reg6组成。
(3)、程序计数器PC如下:(此电路图老师已给出)
打包框图如下:
分析:6位的程序计数器PC是由六位计数器cou6组成。
(4)、八位地址寄存器DR如下:
打包框图如下:
分析:8位的数据寄存器DR是由8位寄存器reg8组成。
(5)、两位高地址寄存器IR的设计如下:
打包后得电路图如下:
分析: 2位的指令寄存器IR是由2位寄存器(reg2)组成。
(6)、控制8位地址总线DRBUS的三态缓冲器电路如下: