81页基于VHDL的8位模型计算机的设计与实现学士学位论文.doc文档

每次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进步拓宽。

特别是体积小价格低功能强的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了办公室和家庭，在办公室自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。

目前，计算机的应用已扩展到社会的各个领域。

年，第台国产的微机长城正式推出。

年，中国研制成功的机平均运算速度达到每秒万次。

信息交换用汉字编码字符集基本集国家标准正式发布实施。

第四阶段年年，国防科技大学研制成功银河型巨型计算机，运算速度达到每秒亿次。

年，华光型汉字激光照排系统投入生产。

年，中华学习机投入生产。

年，中华学习机投入生产。

功银河型巨型计算机，运算速度达到每秒亿次。

交换用汉字编码字符集基本集国家标准正式发布实施。

第四阶段年年，国防科技大学研制成部分内容简介台微型计算机机研制成功。

年，中国研制成功每秒运算万次的集成电路计算机。

年，中国研制成功的机平均运算速度达到每秒万次。

信息交换用汉字编码字符集基本集国家标准正式发布实施。

第四阶段年年，国防科技大学研制成功银河型巨型计算机，运算速度达到每秒亿次。

年，华光型汉字激光照排系统投入生产。

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年，第台国产的微机长城正式推出。

年，第台国产微机长城推出，中国发现首例计算机病毒。

年，中国首台高智能计算机智能工作站诞生，长城计算机问世。

年，中国最大的汉字字符集万计算机汉字字库正式建立。

第五阶段年至今年，中国第台亿次巨型银河计算机型通过鉴定。

年，曙光大型机通过鉴定，其峰值可达每秒亿次。

年，银河Ⅲ并行巨型计算机研制成功。

年，银河Ⅳ巨型机研制成功。

而在国外电子计算机要比我们早十几年。

世界上第台电子数字式计算机于年月日在美国宾夕法尼亚大学研制成功，它的名称叫，是电子数值积分式计算机的缩写。

它使用了个真空电子管，耗电千瓦，占地平方米，重达吨，每秒钟可进行次加法运算。

诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进。

主要电子器件相继使用了真空电子管，晶体管，中小规模集成电路和大规模超大规模集成电路，引起计算机的几次更新换代。

每次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进步拓宽。

特别是体积小价格低功能强的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了办公室和家庭，在办公室自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。

目前，计算机的应用已扩展到社会的各个领域。

可将计算机的发展过程分成以下几个阶段第代为电子管计算机第二代为晶体管计算机第三代为中小规模集成电路计算机第四代为大规模超大规模集成电路计算机第五代为巨大规模集成电路新代计算机年至现在。

二〇二年六月五日星期二四代机出现以后，日美欧等从世纪年代开始，积极开展新代计算机的研究，但由于对新代计算机的过高期望，使得至今仍未有突破性进展，还没有哪种计算机被人们公认为新代计算机的典型代表。

当前，人们在改进计算机芯片制造工艺的同时，大力研究新型计算机元件。

光子元件超导元件生物电子元件神经网络系统等研究已见端倪，新代计算机的曙光已经出现。

目前，计算机技术正朝着微型化巨型化网络化智能化多媒体化等方向发展。

而模型计算机是将计算机的简化，实现相同功能，在理解和研究方面更方便，更快捷，由此更受到界内人士的好评。

模型计算机的研究仍在发展当中，国内外还没有太多的资料结果显示，本课题就是模型计算机的具体内部构造，实现各部分部件功能，了解其工作原理。

模型计算机有着重要的发展地位，在今后几年会成为研究的重点，同样是发展计算机性能的重要途径。

二〇二年六月五日星期二基于编程的基础知识语言概述即超高速集成电路硬件描述语言。

美国国防部在世纪年代初为其超高速集成电路计划提出的硬件描述语言，它是硬件设计者和工具之间的界面。

设计者使用来描述自己的设计，并把这个描述告诉工具，最后在工具的帮助下进行详细地设计及验证。

硬件描述语言发展至今已有几十年的历史，并已成功地应用到系统的仿真验证和设计综合等方面。

目前常用的硬件描述语言有等等。

世纪年代后期，美国国防部开发的语言是标准化的硬件描述语言，并且已经成为系统描述的国际公认标准，得到众多公司的支持。

语言覆盖面广，描述能力强，能支持硬件的设计验证综合和测试，是种多层次的硬件描述语言。

其设计描述可以是描述电路具体组成的结构描述，也可以是描述电路功能的行为描述。

这些描述可以从最抽象的系统级直到最精确的逻辑级，甚至门级。

运用语言设计系统般采用自顶向下分层设计的方法，首先从系统级功能设计开始，对系统高层模块进行行为描述和功能仿真。

系统的功能验证完成后，将抽象的高层设计自顶向下逐级细化，直到与所用可编程逻辑器件相对应的逻辑描述。

语言还可以描述与工艺有关的信息，工艺参数可以通过设计文件语言参数来调整，不会因工艺变化与发展而使设计过时。

因此，设计的生命周期与其他设计方法相比是最长的。

的特点功能强大，描述力强。

可移植性好。

研制周期短，成本低。

可以延长设计的生命周期。

具有向移植的能力。

二〇二年六月五日星期二的设计流程本课题采用的设计流程采用设计硬件电路系统的设计流程般可以分为以下几个步骤。

确定电路具体功能。

通常情况下，开发前期先设计总体方案，但总体放啊相对比较抽象，使用的设计人员必须分析电路所要实现的具体功能。

设计输入。

利用自顶向下的方法，将设计划分为不同的功能模块。

每个模块完成定的逻辑功能。

模块划分是设计过程中的个重要环节，这步要花费较多的时间和精力完成，从而保证整体最优。

功能仿真。

在功能仿真阶段主要对所设计的电路进行功能验证，通过功能仿真，发现设计存在的缺陷。

例如，输入输出是否有矛盾，有无未加处理的输当时，将所存储数据送到数据总线，仿真后如图所示，输出输入，数据寄存器模块设计成功。

二〇二年六月五日星期二基于的位模型计算机的实现基于的微程序执行流程图图微程序执行流程图开始取指令微程序的入口地址从读微指令产生下条微指令的地址取指令微程序完了吗取出指令是经指令译码器译码，形成本指令的微程序入口地址执行微程序本微程序完了吗否是否二〇二年六月五日星期二位模型机的顶层原理图设计图位模型计算机顶层设计原理图二〇二年六月五日星期二基于的位模型机工作流程连接好顶层设计原理图或顶层文件编程后，编译成功，就可以进行工作其工作过程如下上电复位后，程序计数器清零，即的状态是节拍发生器产生节拍，即在节拍内将内容送入地址寄存器，使存储器的地址线为，由存储器读出指令操作码，并送入的输入端。

第个的下降沿到达时，节拍结束，开始节拍。

在节拍期间在第个上升沿到来时，将指令操作码送入，并直接送到内部数据总线。

第个的下降沿到达时，节拍结束，开始节拍。

在节拍期间。

当时，且在第个上升沿到来时，执行操作，即内容由变成由于，第个的上升沿到来时，内部数据总线上的操作码存入指令寄存器，并进行译码，译码输出为表明下步应取操作数。

在第个下降沿到达时，节拍结束，开始节拍。

在节拍期间，因为，所以在第个上升沿到来时，将的存入，存储器的地址线为。

由存储器读出操作数，该数在外部数据总线上。

在第个下降沿到达时，节拍结束，开始节拍。

在节拍期间在第个上升沿到来时，外部数据总线上的操作数送入，并送入内部数据总线。

在第个的下降沿到达时，节拍结束，开始节拍。

在节拍期间在第个上升沿到来时，执行操作，即内容由变成，。

在第个下降沿到达时，节拍结束，开始节拍。

在节拍期间在第个上升沿到来时，内部数据总线上的操作数送入累加器。

在第个下降沿到达时，节拍结束，开始节拍。

在节拍期间，各个逻辑功能部件保持原状态，第条指令，执行完毕。

在第个下降沿到达时，节拍结束，开始第条指令的节拍。

在第条指令的节拍期间的内容为，取出中底条指二〇二年六月五日星期二令的操作码为，经译码后为，即执行加操作。

在期间执行操作，内容为。

此取址过程与相同。

在节拍期间在上升沿到来时，将的存入，存储器的地址线为。

由存储器读出操作数，该数在外部数据总线上。

在节拍期间在上升沿到来时，外部数据总线上的操作数为送入，并送入内部数据总线。

加法器片完成两个操作数的加法运算，相加结果在寄存器的输入端。

在节拍期间在上升沿到来时，执行操作，即内容由变成在上升沿到来时，将相加结果送入寄存器。

在节拍期间，。

由于，数据寄存器的输出呈高阻态，于是将其与内部数据总线切断。

由于则在上升沿到来时，将寄存器的内容通过内部数据总线送入累加器。

在节拍期间。