【正文】 碼一并送入指令譯碼器；有的機器將操作碼字段和地址碼字段送入地址形成部件，以決定地址碼的作用。2）IR（指令寄存器）IR用于保存指令。中央處理器的功能與其結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，任何一種功能都依賴相應(yīng)的硬件去實現(xiàn)?？刂破鞯闹饕δ馨ǎ喝≈噶?、計算下一條指令的地址、對指令譯碼、產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號、控制指令執(zhí)行的步驟和數(shù)據(jù)流動的方向。即對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運算，或?qū)?shù)據(jù)在相關(guān)的部件之間傳輸。3）時間控制。 CPU功能結(jié)構(gòu)圖 中央處理器的功能CPU作為運行指令的部件，從保證程序功能正確的角度看，CPU應(yīng)該具有以下幾方面的功能：1）指令執(zhí)行順序的控制。4) 能運行由自己所是設(shè)計的指令系統(tǒng)構(gòu)成的一段程序，程序執(zhí)行功能正確。通過畫出帶控制信號的多周期數(shù)據(jù)通路圖，列出 指令譯碼表，設(shè)計控制譯碼器。 設(shè)計任務(wù)課程設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計一臺簡單的計算機系統(tǒng)，并調(diào)試通過。本課程力圖以“培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代計算機系統(tǒng)設(shè)計能力”為目標(biāo)，貫徹“強調(diào)軟/硬件關(guān)聯(lián)與協(xié)同、以CPU設(shè)計為核心/層次化系統(tǒng)設(shè)計的組織思路，有效地增強對學(xué)生的計算機系統(tǒng)設(shè)計能力的培養(yǎng)”。課程設(shè)計是學(xué)完該課程并進(jìn)行多個單元實驗后，綜合利用所學(xué)的理論知識，并結(jié)合在單元實驗中所積累的計算機部件設(shè)計和調(diào)試方法，設(shè)計出一臺具有自己指令系統(tǒng)的簡單計算機系統(tǒng)。本組所選用的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是基于微程序控制器的簡單計算機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。最后將控制譯碼器信號與多周期數(shù)據(jù)通路圖上的控制信號對應(yīng)相連；主要技術(shù)指標(biāo)如下：1) 支持算術(shù)運算、邏輯運算、存儲器讀寫、寄存器間數(shù)據(jù)傳送等幾類指令。 設(shè)計要求1) 根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)書的要求，制定出設(shè)計方案；2) 畫出自己所設(shè)計計算機系統(tǒng)的原理框圖和器件連接圖，分析器件連接圖中各器件不同引腳的功能，哪些可以固定連接，哪些需要通過微程序來控制，及這些控制信號的有效形式；3) 畫出各指令的指令周期流程圖和所需要的控制信號；4) 設(shè)計出實現(xiàn)指令功能的微程序控制器或硬布線控制器；5) 布線、調(diào)試、驗收。即控制程序中的指令按事先規(guī)定的順序自動執(zhí)行，從而保證程序執(zhí)行過程中，指令在邏輯上的相互關(guān)系不被改變。即對每個控制信號進(jìn)行定時，一邊按規(guī)定的時間順序啟動各操作。5）異常和中斷處理。運算器是執(zhí)行部件，有算術(shù)邏輯單元和各種寄存器組成。從主存儲器取出的指令存放在IR中，直到新的指令從主存中取出為止。3）AR（地址寄存器）AR用來保存當(dāng)前CPU所要訪問的主存單元地址，無論CPU是取指令還是存取數(shù)據(jù)，都必須先將要訪問的主存單元地址送AR，知道讀寫操作完成。3）微操作產(chǎn)生部件微操作產(chǎn)生部件接收指令譯碼器送來的信息，與時序信號、條件及狀態(tài)信息進(jìn)行組合，形成各種具有時間標(biāo)志的控制信號（即微操作控制序列）并發(fā)送到計算機的各個部件。它們分別對應(yīng)三中不同的控制器組成方式：組合邏輯控制器、微程序控制器及組合邏輯與存儲邏輯混合型控制器。因此，需要時序概念。在設(shè)計方案時，我們先將總體方案分解為多個小的模塊，分別進(jìn)行設(shè)計，然后再將各個模塊拼接在一起，實現(xiàn)最終需要的功能。圖中標(biāo)明了計算機系統(tǒng)中的各個部件，包括內(nèi)存、程序計數(shù)器、運算器、寄存器、控制存儲器、指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、微指令寄存器等等功能部件。我們選擇一片6116作為主存儲器。因為在總體電路中，6116的輸入可能會有多個，為了避免沖突，使用一片244可以方便后面輸入端的選擇。 主存儲器結(jié)構(gòu)圖。6116是RAM芯片，斷電后，芯片內(nèi)的信息將會丟失。但是，由于微程序設(shè)計中的微指令是從控制存儲器中取出的，這一部分的設(shè)計尤為重要。我們設(shè)計的機器指令長度為8位，高4位為操作指令，所以，只選用了2816的低四位地址，其他地址位均接低電平。寫入完成后，去掉74LS244。2816的微指令信號輸出后，將會鎖存到373中，避免在指令執(zhí)行周期，控制信號發(fā)生改變。其中，高4位為操作指令，這4位將會作為74LS395的輸入，選擇2816中的微指令，進(jìn)而鎖存在微指令寄存器中。 74LS373功能表輸出控制使能GD輸出QLHHHLHLLLLQ0HZ。唯快不破，它通過將處理速度做到極致，即使它做的事情異常簡單，但是，它能做到的事情卻可以改變整個世界。181的B輸入通過了74LS157，原因是，由于尋址方式有立即數(shù)和直接尋址，所以，通過157來選擇不同的尋址方式。181中的A輸入來自于這個373（寄存器）。 74LS181功能表 程序計數(shù)器程序計數(shù)器的功能比較簡單，就是在程序執(zhí)行過程中，指示正確的內(nèi)存地址，讓計算機自動的從內(nèi)存中讀取出正確的指令執(zhí)行。一片74LS193便可以實現(xiàn)。由于一片193只有四位，所以，能表達(dá)的指令內(nèi)存地址最大只能到1111。區(qū)分的條件是不同的機器指令對應(yīng)著不同的微操作，通過微指令來選擇157的輸出是程序計數(shù)器的輸入還是指令寄存器的低4位輸入。2. 直接置數(shù)：當(dāng)LD=0時，計數(shù)器異步置數(shù)。 總體結(jié)構(gòu)圖4 微指令設(shè)計 機器指令設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計要求，我們設(shè)計的機器指令為8位，其中，前4位表示操作命令，后4位為操作數(shù)。取址操作、立即數(shù)加、載入操作、跳轉(zhuǎn)指令和回存指令均使用立即數(shù)尋址。但我們在設(shè)計微指令時，只使用了13個控制信號，使用了一片2816的所有8位，另一片2816的低5位。 控制信號作用2816輸出控制信號作用說明C0S0181運算控制信號C1S1181運算控制信號C2S2181運算控制信號C3S3181運算控制信號C4Cn181借位輸入信號C5M181運算控制信號C6Write回存時 244 OE端/6116 WE端控制信號C7ALUin157控制選擇來自DR/IR(立即數(shù))的信號C86116add193地址與直接尋址地址間選擇信號C9stop停機時控制時序停止C10stop停機時控制時序停止C11count與脈沖信號進(jìn)行邏輯運算后控制193是否加1計數(shù)C12load與其他控制信號進(jìn)行邏輯運算后控制193是否載入 微程序設(shè)計程序中每一條指令用8位二進(jìn)制位來表示，而前四位為操作碼，即為實現(xiàn)該指令的微程序的入口地址，后四位為操作數(shù)的地址（直接尋址）或操作數(shù)（立即數(shù)尋址）。然后，給需要用到的指令分配一個4位的控存地址，這將會成為該指令的微程序的入口地址。 匯編指令對應(yīng)的微程序表指令控存地址15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0取指公操作0000 0000 1010 0101 0000立即數(shù)加0001 0000 0010 1101 1001立即尋址加0010 0000 0011 0101 1001減0011 0000 0011 0100 0110回存0100 0000 0011 0001 0000JMP0101 0001 0010 0101 0000非0110 0000 0011 0111 0000與0111 0000 0011 0111 1011異或1000 0000 0011 0111 0110停機1001 0000 0100 0101 0000JO1010 0001 0010 0101 0000LOAD1011 0000 0011 0111 1010SHL1100 0000 0011 0101 1100微程序表中，每條微程序都有16個控制信號。在同一個周期中，數(shù)據(jù)都是存在的，關(guān)鍵在與控制信息在同一個周期中不同節(jié)拍的控制。取址公操作的控制信號存放在控制存儲器的0000號單元，也就是說，需要進(jìn)行取址操作時，將395清零即可。接下來，將4位操作指令載入74LS395中。 立即數(shù)加控制流 直接尋址加立即數(shù)加和直接尋址加的區(qū)別在于，立即數(shù)加的加數(shù)為低4位操作數(shù)，被加數(shù)為寄存器AC中的值；而直接尋址加的加數(shù)為地址為低4位操作數(shù)的6116單元內(nèi)的數(shù)據(jù)，被加數(shù)為寄存器AC中的值。 無條件跳轉(zhuǎn)控制流 有條件跳轉(zhuǎn)。 求非指令控制流 與求非指令使用的尋址方式是隱含尋址，但是求與指令使用的尋址方式是隱含尋址加直接尋址。 求與指令控制流 異或亦或指令和與指令的數(shù)據(jù)流和控制流上基本一致，只是在74LS181的控制上，對于4個運算控制信號有些區(qū)別。