电子工程设计之微处理器最小系统设计

功能描述：

设计一个带简单I/O接口电路的多周期RISC处理器设计方案，并在FPGA上进行验证。验证题目为设计流水灯的样式为：

00000000->00000001->00000011->00000111->00001111->0011111->01111111->11111111->00000000,切换间隔为1秒。

RISC处理器简介

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是计算机的核心部件。计算机进行信息处理可分为两个步骤：

（1）将数据和程序（即指令序列）输入到计算机的存储器中；

（2）从第一条指令的地址起开始执行该程序，得到所需结果，结束运行。CPU的作用是协调并控制计算机的各个部件并执行程序的指令序列，使其有条不紊地进行。因此它必须具有以下基本功能：

◆ 取指令——当程序已在存储器中时，首先根据程序入口地址取出一条程序，为此要发出指令地址和控制信号。

◆ 分析指令——即指令译码，这是对当前取得的指令进行分析，指出它要求什么操作，并产生相应的操作控制命令。

◆ 执行指令——根据分析指令时产生的“操作命令”形成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器及输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中包括

《微型计算机原理及应用》

课程设计报告书

题 目： 温度测控系统设计

班 级： 电子信息工程1103班 姓 名: 学 号： 电 话： 小组成员：谭振辉，周振邦，陈永锋 完成时间： 2012年12月30日

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目录

题目.....................................................................1 1温度控制系统的原理......................................................1 2系统器件选择............................................................2 2.1系统器件选择.......................................................2 2.2温度传感器与A\\

1、在8086微机系统中，物理地址是如何产生的？分析在不同情形下物理地址的生成过程。 2、8086/8088 有两种工作模式，它们是通过什么方法来实现的？在最大模式下其控制信号怎样产生？

3、何谓总线操作？8086/8088的总线操作主要有哪些类型？

1.逻辑地址是( )地址。

A.信息在存储器中的具体 B.经过处理后的20位

C.允许在程序中编排的 D.段寄存器与指针寄存器共同提供的 2.8086最小工作方式和最大工作方式的主要差别是( )。

A.内存容量不同 B.I/O端口数不同

C.数据总线位数不同 D.单处理器和多处理器的不同

分析：8086微处理器有两种工作方式。两种方式的差别有二，一是构成单处理器系统与构成多处理器系统的差别；二是系统中控制信号的形成方法不同。 答：D

3.8086微处理器中寄存器( )通常用作数据寄存器，且隐含用法为计数寄存器。 A.AX B.BX C.CX D.DX

1. 8086/8088 有两种工作模式，它们是通过什么方法来实现的？在最大模式下其控制信号怎样产生？

2. 何谓总线操作？8086/8088的总线操作主要有哪些类型？

3．在基于8086的微计算机系统中，存储器是如何组织的？是如何与处理器总线连接的？BHE#信号起什么作用？

4．8086/8088系统中为什么一定要有地址锁存器？需要锁存哪些信息？

5．若8086CPU工作于最小模式，试指出当CPU完成将AH的内容送到物理地址为91001H的存储单元操作时，以下哪些信号应为低电平：M/IO、RD、WR、BHE/S7、DT/R。若CPU完成的是将物理地址91000H单元的内容送到AL中，则上述哪些信号应为低电平。

一、选择题

1.逻辑地址是( )地址。

A.信息在存储器中的具体 B.经过处理后的20位

C.允许在程序中编排的 D.段寄存器与指针寄存器共同提供的 2.8086最小工作方式和最大工作方式的主要差别是( )。 A.内存容量不同 B.I/O端口数不同

C.数据总线位数不同 D

德州学院微机原理 课程设计

目录

题目.....................................................................1 摘要.....................................................................1 关键词...................................................................1 1温度控制系统的总体结构概况..............................................1 2系统器件选择............................................................2 2.1系统器件选择.......................................................2 2.2温度传感器与A\D转换器的选择.......................................2 2.3显示接口芯片...............................

实验五 微处理器实验

一 实验目的

(1) 掌握微程序控制器的组成原理。

(2) 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。 二 实验设备

TDN－CM＋＋计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

三 实验内容 1）原理

实验所用的时序控制电路框图如图1所示，可产生4个等间隔的时序信号TS1--TS4。 START TS1

φ TS2 STEP 时序控制电路 TS3 STOP TS4 CLR

图1 时序电路框图

其中：φ为时钟信号，由实验台右上方的方波信号源提供，可产生频率及脉宽可调的方波信号。学生可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。图中STEP(单步)、STOP(停机)分别是来自实验板上方中部的两个二进制开关STEP，STOP的模拟信号。START键是来自实验板上方左部的一个微动开关START的按键信号。当STEP开关为0时(EXEC)，一旦按下启动键，时序信号TSI--TS4将周而复始地发送出去。当STEP为1 (STEP)时，一旦按下启动键，机器便处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可以观察微指

“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答

1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？

中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.3 阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？

SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。

IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它有软核、硬核和固核三种实现形式。

1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？

概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。

特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。

2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。

3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能

一

1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？

中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.3 阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？

SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。

IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它有软核、硬核和固核三种实现形式。

1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？

概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。

特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。

2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。

3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。

4、嵌入式处理器的应用软件是实现

“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答

1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？

中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.3 阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？

SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。

IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它有软核、硬核和固核三种实现形式。

1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？

概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。

特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。

2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。

3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能

Pentium微处理器的内部寄存器

Pentium是Intel公司于1993年3月推出的第五代80X86系列微处理器，简称P5或80586，中文译名为“奔腾”。与其前辈80X86微处理器相比，Pentium采用了全新的设计，它有64位数据线和32位地址线，但依然保持了与其前辈80X86的兼容性，在相同的工作方式上可以执行所有的80X86程序。

Pentium的内部结构如图2.4所示。它主要由执行单元、指令Cache、数据Cache、指令预取单元、指令译码单元、地址转换与管理单元、总线单元以及控制器等部件组成。其中核心是执行单元(又叫运算器)，它的任务是高速完成各种算术和逻辑运算，其内部包括两个整数算术逻辑运算单元(ALU)和一个浮点运算器，分别用来执行整数和实数的各种运算。为了提高效率，它们都集成了几十个数据寄存器用来临时存放一些中间结果。这些功能部件除地址转换和管理单元与80386/80486保持兼容外，其他都进行了重新设计。

1) 超标量体系结构和指令流水线

Pentium由“U”和“V”两条指令流水线构成超标量流水线结构，其中每条流水线都有自己的ALU、地址生成逻辑和Cache接口。这种双流水线技术可以使两条指令在不同流水线中并行执