計算機組成原理課程設(shè)計--多寄存器減法右移位輸入輸出等指令實驗計算機設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-10 15:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 機器指令代碼及相應(yīng)微指令代碼進(jìn)行譯碼測試，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入囗，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行。 控制操作為 P4測試，它以 CA CA2作為測試條件，出現(xiàn)了寫機器指令、讀機器指令和運行機器指令 3路分支，占用 3個固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微指令占 用控存一個微地址單元隨意填寫。 機器指令的執(zhí)行過程如下：首先將指令在外存儲器的地址送上地址總線，然后將該地址上的指令傳送至指令寄存器，這就是“取指”過程。之后必須對操作碼進(jìn)行 P1測試，根據(jù)指令的譯碼將后續(xù)微地址中的某幾位強制置位，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址，這就是“譯碼”過程。然后才順序執(zhí)行該段微程序，這是真正的指令執(zhí)行過程。 在所有機器指令的執(zhí)行過程中，“取指”和“譯碼”是必不可少的，而且微指令執(zhí)行的操作也是相 同的，這些微指令稱為公用微指令。 表 、Ｆ２、Ｆ３三個字段的編碼方案 F1 字段 F2 字段 F3 字段 15 14 13 選擇 12 11 10 選擇 9 8 7 選擇 0 0 0 LDRi 0 0 0 RAG 0 0 0 P1 0 0 1 LOAD 0 0 1 ALUG 0 0 1 AR 0 1 0 LDR2 0 1 0 RCG 0 1 0 P3 0 1 1 自定義 0 1 1 自定義 0 1 1 自定義 1 0 0 LDR1 1 0 0 RBG 1 0 0 P2 1 0 1 LAR 1 0 1 PCG 1 0 1 LPC 1 1 0 LDIR 1 1 0 299G 1 1 0 P 4 微程序順序控制方式設(shè)計 [1] 運算器單元（ ALU UINT） 運算器單元由以下部分構(gòu)成：兩片 74LS181 構(gòu)成了并－串型 8 位 ALU；兩個 8位寄存器 DR1和DR2為暫存工作寄存器，保存參數(shù)或中間運算結(jié)果。 ALU的 S0～ S3為運算控制端， Cn為最低進(jìn)位輸入， M為狀態(tài)控制端。 ALU的輸出通過三態(tài)門 74LS245連到數(shù) 據(jù)總線上，由 ALUB控制該三態(tài)門。 沈陽理工大學(xué)課程 專用紙 8 [2] 寄存器堆單元（ REG UNIT） 該部分由 3 片 8 位寄存器 R0、 R R2 組成，它們用來保存操作數(shù)用中間運算結(jié)構(gòu)等。三個寄存器的輸入輸出均以連入數(shù)據(jù)總線，由 LDRi和 RSB根據(jù)機器指令進(jìn)行選通。 [3] 指令寄存器單元（ INS UNIT） 指令寄存器單元中指令寄存器（ IR）構(gòu)成模型機時用它作為指令譯碼電路的輸入，實現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)，由 LDIR控制其選通。 [4] 時序電路單元（ STATE UNIT） 用于輸出連續(xù)或單個方波信號，來控制機器的運行。 [5] 微控 器電路單元（ MICRO－ CONTROLLER UNIT） 微控器主要用來完成接受機器指令譯碼器送來的代碼，使控制轉(zhuǎn)向相應(yīng)機器指令對應(yīng)的首條微代碼程序，對該條機器指令的功能進(jìn)行解釋或執(zhí)行的工作。由輸入的 W/R 信號控制微代碼的輸出鎖存。由程序計數(shù)器（ PC）和地址寄存器（ AR）實現(xiàn)程序的取指功能。 [6] 邏輯譯碼單元（ LOG UNIT） 用來根據(jù)機器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行，及工作寄存器 R0、 R R2的選通譯碼。 [7] 主存儲 器單元（ MAIN MEM） 用于存儲實驗中的機器指令。 [8] 輸入輸出單元（ INPUT/OUTPUT DEVICE） 輸入單元使用八個撥動開關(guān)作為輸入設(shè)備， SWB 控制選通信號。輸出單元將輸入數(shù)據(jù)置入鎖存器后由兩個數(shù)碼管顯示其值。 沈陽理工大學(xué)課程 專用紙 9 圖 由于每條機器指令都需要取指操作，所以將取指操作編制成一段公用微程序，通常安排在控存的0號或特定單元開始的一段控存空間內(nèi)。 每一條機器指令對應(yīng)著一段微程序，其入口就是初始微地址。首 先由“取指令”微程序取出一條機器指令到 IR中，然后根據(jù)機器指令操作碼轉(zhuǎn)換成該指令對應(yīng)的微程序入口地址。這是一種多分支(或多路轉(zhuǎn)移 )的情況，常用三種方式形成微程序入口地址。 （ 1）一級功能轉(zhuǎn)移 如果機器指令操作碼字段的位數(shù)和位置固定，可以直接使操作碼與入口地址碼的部分位相對應(yīng)。例如，某計算機有 16條機器指令，指令操作碼用 4位二進(jìn)制數(shù)表示，分別為 0000、 000?、 1111?，F(xiàn)以字母 Q表示操作碼，令微程序的入口地址為 Q11B，例如 000011B為 MOV指令的入口地址， 000111B為 ADD指令的入口地址， 001011B為 SUB指令的入口地址??。 由此可見，相鄰兩段微程序的入口地址相差 4個單元 （ 2）二級功能轉(zhuǎn)移 若各類指令的操作碼的位數(shù)和位置不固定時，需采用分級轉(zhuǎn)移，第一次先按指令類型標(biāo)志轉(zhuǎn)移，以區(qū)分出指令屬于哪一類，如單操作數(shù)指令、雙操作數(shù)指令等。在每一類機器指令中的操作碼的位數(shù)和位置應(yīng)當(dāng)是固定的，第二次即可按操作碼區(qū)分出具體是哪條指令，以便轉(zhuǎn)移到相應(yīng)微程序入口。 （ 3）通過 PLA電路實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移 可編程邏輯陣列 PLA實質(zhì)上是一種譯碼 編碼陣列，具有多個輸入和多個輸出， PLA的輸入是機器操作碼和其他判別條 件， PLA的輸出就是相應(yīng)微程序的入口地址，這種方法對于變長度、變位置的操作碼的處理更為有效而且轉(zhuǎn)移速度較快。 在轉(zhuǎn)移到一條機器指令對應(yīng)的微程序入口地址后，則開始執(zhí)行微程序，每條微指令執(zhí)行完畢時，需根據(jù)其中的順序控制字段的要求形成后繼微指令地址。 （ 1）增量方式 (順序 轉(zhuǎn)移型微地址 ) 這種方式和機器指令的控制方式相類似，它也有順序執(zhí)行、轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)子之分。順序執(zhí)行時，后繼微地址就是現(xiàn)行微地址加上一個增量 (通常為“ 1” )；轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)子時，由微指令的順序控制字段產(chǎn)生轉(zhuǎn)移微地址。因此，微程 序控制器中應(yīng)當(dāng)有一個微程序計數(shù)器 (μ PC)。為了降低成本，一般情況下部是將微地址寄存器μ AR改為具有計數(shù)功能的寄存器以代替μ PC。 在非順序執(zhí)行微指令時，用轉(zhuǎn)移微指令實現(xiàn)轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移微指令的順序控制字段分成兩部分：轉(zhuǎn)移控制字段 (BCF)與轉(zhuǎn)移地址字段 (BAF) 沈陽理工大學(xué)課程 專用紙 10 “起始和轉(zhuǎn)移地址發(fā)生器”的功能有兩個：其一是當(dāng)一條新的機器指令裝入 IR時，它就形成機器指令的微程序段的起始地址且裝入μ PC，而
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