【正文】 F＝ A減 B F＝ (A*/B) F＝ A加 AB加 1 F＝ A加 B加 1 F＝（ A+/B） 加 A*B加1 F＝ AB F＝ A加 A加 1 F＝ /A F＝ /(A+B) F＝ /A*B F＝ 0 F＝ /(A*B) F＝ /B F＝ (A B) ?F＝ (A*/B)? F＝ /A+B F＝ /（ A B） F＝ B F＝ AB F=1 進(jìn)位輸入信號(hào)來(lái)自于兩個(gè)方 面 :其一對(duì)運(yùn)算器 74LS181 的進(jìn)位輸出 /CN+4 進(jìn)位倒相所得 CN4；其二由移位寄存器 74LS299 的選擇參數(shù) S0、 S AQ0、 AQ7 決定所得，移位寄存器 74LS299 主要用于帶進(jìn)位左、右移位操作。一般來(lái)講，取值周期從內(nèi)存中讀出的信息流是指令流，它指向控制器；而在執(zhí)行周期中從內(nèi)存中讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運(yùn)算器。首先向存儲(chǔ)器中裝入數(shù)據(jù)和程序，然后檢查寫入是否正確，啟動(dòng)程序執(zhí)行，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示輸出。 在設(shè)計(jì)基本模型機(jī) 5 的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，個(gè)別部件單元的控制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，而本課程設(shè)計(jì)將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。通過(guò) 對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)計(jì)算機(jī)的基本組成、部件的 功能與 設(shè)計(jì)、微程序控制器的設(shè)計(jì)、微指令和微程序的編制與調(diào)試等 過(guò)程有更深的了解，加深對(duì)理論課程的理解。一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，成為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問(wèn)題，它不僅與計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，而且直接關(guān)系到用戶的使用需要。其運(yùn)算規(guī)律非常簡(jiǎn)單。 RR 為將 R0 寄存器中的內(nèi)容循環(huán)右移 1 位。 4． ALU－ BUS 微程序控制器的輸出信號(hào)，控制運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果是否送到總線 BUS，低電平有效。 ：存儲(chǔ)器主要由 6116 芯片及相應(yīng)的緩沖芯片和控制線路實(shí)現(xiàn)的。 S S S S0、 M、 /Cn、 LDDR LDDR BUSALU→ 信號(hào) 、 BUSSW→信號(hào)，本次實(shí)驗(yàn)中這些控制信號(hào)與對(duì)應(yīng)邏輯開關(guān)都已接好，由邏輯開關(guān)模擬這些控制信號(hào) 。 （ 3） 預(yù)設(shè)指令： A: IN 為單字節(jié)長(zhǎng)指令，含義是將輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)放入 R0 中 指令格式： IN R0, INPUTDEVICE 指令功能： “ INPUTDEVICE” R0 B: OUT 為單字節(jié)長(zhǎng)指令，含義是根據(jù)指令提供的地址，將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)取出由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 指令格式：指令格式 可有單字長(zhǎng)和雙字長(zhǎng)指令兩種，在雙字長(zhǎng)格式中，第二字節(jié)一般定義為操作數(shù)或操作數(shù)地址。 299B：移位寄存器輸出選中。微程序控制器由指令寄存器 IR、程序計(jì)數(shù)器PC、程序狀態(tài)字寄存器 PSW、時(shí)序系統(tǒng)、控制存儲(chǔ)器 CM、微指令寄存器以及微地址形成電路。 當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時(shí)通過(guò)地址轉(zhuǎn)移邏輯去修改微地址寄存器內(nèi)容，并按修改好的微地址讀出 下條微指令。 B 撥動(dòng)總清開關(guān) ,清微地址及程序計(jì)數(shù)器 ,然后按動(dòng)“啟動(dòng)”開關(guān) ,系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序 ,如果要停止程序的運(yùn)行，只需將“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“停止”狀態(tài)，系統(tǒng)就停機(jī)。老師為我順利完成課設(shè)奠定了牢固的基礎(chǔ)， 所以在這兒我要特別感謝我的計(jì)算機(jī)組成原理的授課老師和課設(shè)指導(dǎo)老師 包仲賢老師， 除了給了我了知識(shí)基礎(chǔ)，還給了 我解決問(wèn)題的思想。 (2)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)： ① .單步運(yùn)行程序 A 使編程開關(guān)處于“運(yùn)行”的狀態(tài) ,“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)，“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用中 ROM 可采用 EPROM 或 E2PROM、 EAROM，用戶寫入和修改微程序比較方便。 LDPC：為 PC計(jì)數(shù)信號(hào)選中。 B字段： 表 310 12 11 10 選擇 0 0 0 0 0 1 RSB 0 1 0 RDB 0 1 1 RIB 1 0 0 299B 1 0 1 ALUB 1 1 0 PCB RSB：為源寄存器輸出選中。 指令格式： CMP OPR1,OPR2 指令功能： (OPR1)(OPR2) J:SUB 指令 (subtract byte or word)字節(jié)或字相減 . 指令格式： SUB DST,SRC 指令功能：（ DST） – (SRC)=(DST) 將內(nèi)存中的 DST 為地址單元內(nèi)數(shù)與 SRC 的內(nèi)容相減結(jié)果送 DST。 原理圖如下： 存儲(chǔ)器原理圖 (圖 32) 3 指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與格式分析 1 指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 與格式： （ 1）數(shù)據(jù)格式 模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為 8位，其格式如下： D7 D6 ～～ D0 符號(hào) 尾數(shù) 表 31 其中第 7位為符號(hào)位，數(shù)值表示范圍是：－ 1≤ X＜ 1。它可以對(duì)兩個(gè) 8位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行多種算術(shù)或邏輯運(yùn)算，具體由 74LS181的功 能控制條件 M、 CN、 S S S S0來(lái)決定，詳見(jiàn)表 1— 1。 14． OUT 微程序控制器的輸出信號(hào)，控制和數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)是 否送到發(fā)光二極管上，低電平有效。 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制是由微程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn) 的， CPU 從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指令組成的序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。 “ 指令譯碼器 ” 根據(jù)指令中的操作碼進(jìn)行譯碼，強(qiáng)置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。通常，在存儲(chǔ)器中保存一個(gè)數(shù)的 8 個(gè)觸發(fā)器稱為一個(gè)存儲(chǔ)單元。這里，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來(lái)完成， CPU 從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指令組成的序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。 設(shè)計(jì)模型機(jī)指令系統(tǒng) ： （含設(shè)計(jì)微指令格式、 微程序流程圖， 每條指令所對(duì)應(yīng)的微程序等）。 微程序控制器模塊：使用教學(xué)機(jī)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)微程序控制器。 2 設(shè)計(jì)的原理 （ 1）基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 部件實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，各部件單元的控制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，而本次實(shí)驗(yàn)將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。一個(gè)數(shù)據(jù)假定用 8位二進(jìn)制代碼來(lái)表示，那么就需要 8 各觸發(fā)器來(lái)保存這些代碼。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制構(gòu)成，為了執(zhí)行任何一條給定的指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試 P(1)，通過(guò)節(jié)拍脈沖 T4 的控制以便識(shí)別所要求的操作。這樣才能更好的完成設(shè)計(jì)達(dá)到我們?cè)O(shè)計(jì)的目的和通過(guò)實(shí)驗(yàn)所要繼續(xù)深化的知識(shí)點(diǎn)。 13． SW－ BUS 微程序控制器的輸出信號(hào)，控制 8 位數(shù)據(jù)開關(guān) SW7－ SW0 的開關(guān)量是否送到總線，低電平有效。下面以 8位機(jī)為例說(shuō)明運(yùn)算器模塊的工作原理：該模塊中算術(shù)運(yùn)算是由 2片 74LS181（ U3U32）構(gòu)成，它是運(yùn)算器的核心。 CS1 片選線由 W/R 控制， CS2直 接 +5V. 信號(hào)線 LDAR 由開關(guān) LDAR 提供，手動(dòng)方式實(shí)驗(yàn)時(shí)，跳線器 LDAR 撥在左邊，脈沖信號(hào) T3 由實(shí)驗(yàn)機(jī)上時(shí)序電路模式 TS3 提供，實(shí)驗(yàn)時(shí)只 需 J22跳線器連上即可， T3 的脈沖寬度可調(diào)。 指令格式： MOV AX,R0 指令功能：（ AX） =R0 I:CMP 比較指令，與 SUB 指令一樣執(zhí)行減法操作，但不保存結(jié)果，只是根據(jù)結(jié)果設(shè)置條件標(biāo)志位。 LDAR：地址寄存器 AR選中。 選中時(shí)進(jìn)行帶進(jìn)位運(yùn)算。 如果微指令為 32 位，則 ROM 的字長(zhǎng)就是 32位。結(jié)束存放單元 監(jiān)控程序的 16 進(jìn)制文件格式： 程序： $P0000 $P0110 $P020D $P0380 $P0400 $P0560 $P0670 $P0720 $P080E $P0930 $P0A0E $P0B40 $P0C00 $P0D40 微程序： $M00088105 $M0182ED05 $M0250C004 $M0304E004 $M0405B004 $M0506A205 $M06019A95 $M070FE004 $M088AED05 $M098CED05 $M0A0EA004 $M0B018004 $M0C0D2020 $M0D098A06 $M0E080A07 $M0F018206 $M10011004 $M1183ED01 $M1287ED05 $M1399ED05 $M149CED05 $M151D8235 $M161F8235 $M17218235 $M18238235 $M191AE004 $M1A1BA004 $M1B010A07 $M1C81D104 $M1D1E8825 $M1E019805 $M1F20882D $M20209805 $M21228815 $M22019805 $M2324881D $M24019805 四 .系統(tǒng)調(diào)試報(bào)告 (1)調(diào)試接線 詳細(xì)的接線方法如下： a、 跳線器 J1J12 全部撥在右邊（自動(dòng)工作方式）； b、 跳線器 J1 J1 J2 J24 全部撥在左邊； c、 跳線器 J13J1 J1 J25 全部撥在右邊； d、 跳線器 J20J2 J2 J27 連上短路片； e、 UJ1 連 UJ2， JSE1 連 JSE2， SJ1 連 SJ2； f、 MBUS 連 BUS2； g、 REGBUS 連 BUS5； h、 PCBUS 連 EXJ2； i、 ALUBUS 連 EXJ3； j、 ALUO1 連 BUS1； k、 EXJ1 連 BUS3 l、 ALUO2 連 BUS4。 六 設(shè)計(jì)（論文）的主要參考文獻(xiàn) 1 白中英 ， 計(jì)算機(jī)組 成原理 . 科學(xué)術(shù)出版社， 2 白中英 ， 計(jì)算機(jī)組成原理題解、題庫(kù)、實(shí)驗(yàn) . 科學(xué)術(shù)出版社， 3 王愛(ài)英，計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) .清華大學(xué)出版社， 1999 4 王誠(chéng)，計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) .清華大學(xué)出版社， 1999 清華大學(xué)出版社，1999 5 唐朔飛 ，計(jì)算機(jī)組成原理 .高等教育出版社， 1993 七 致謝 本次課設(shè)我學(xué)到了很多東西，一部分來(lái)自于老師，一部分來(lái)自同學(xué)，還有通過(guò)各種參考資料獲得。 C 停機(jī)后 ,可檢查存數(shù)單元 0BH 中的結(jié)果是否正確。地址轉(zhuǎn)移邏輯是一個(gè)組 合邏輯電路，其輸入是當(dāng)前微指令的判別測(cè)試字段 Pi、 執(zhí)行部件反饋的 “ 狀態(tài)條件 ” 及時(shí)間因素 T4。微地址寄存器等部件組成。 ALUB：邏輯運(yùn)算單元結(jié)果輸出。 14 條 指令用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如 表 37所示 ： 表 37 算數(shù)邏輯指令格式 7 6 5 4 3 2 1 0 OPCODE RS RD 對(duì)于 預(yù)設(shè)指令可設(shè)計(jì)操作碼如下 : IN 操作碼： 0000 0000 OUT 操作碼： 0011 0000 STA 操作碼： 0010 0000 LDA 操作碼： 0001 0000 JMP 操作碼： 0100 0000 BZC 操作碼： 0101 0000 CLR 操作碼： 0110 0000 MOV 操作碼： 0111 00