【文章內(nèi)容簡介】 因為，取址周期時，從PC中讀入地址，在從6116的指定內(nèi)存單元中讀出8位操作指令；而在執(zhí)行階段，如果尋址方式為直接尋址，則需要將指令寄存器的低4位作為數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址，從6116的指定內(nèi)存單元中讀出8位操作數(shù)。因為這兩種情況都是存在的，所以，需要有一片74LS157來區(qū)分這兩種情況。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。 。 程序計數(shù)器結(jié)構(gòu)圖。 74LS193芯片功能表輸入輸出備注LDDnCPUCPDQn1dddd0清零（異步）00xddx置數(shù)（異步）01d↑1累加計數(shù)上升沿有效01d1↑累減計數(shù)上升沿有效功能說明：1. 直接清零：當(dāng)=1時，計數(shù)器異步清零。2. 直接置數(shù)：當(dāng)LD=0時，計數(shù)器異步置數(shù)。3. 二進制加/減法計數(shù)脈沖CPU/CPD上升沿有效。 總體設(shè)計。總體結(jié)構(gòu)圖中，添加了一個回存的功能，由于只是在寄存器后邊加上一個74LS244芯片，然后將244的輸出接到主存6116的輸入端，所以，在模塊設(shè)計中，沒有把回存作為單獨的一個模塊說明。 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)。由于操作命令用4位表示，所以，可以實現(xiàn)的操作最多只能有16條。設(shè)計的指令包括算術(shù)指令：立即數(shù)加、直接尋址加、直接尋址減；邏輯運算：非運算、與運算、亦或運算；回存；跳轉(zhuǎn)指令：無條件跳轉(zhuǎn)、溢出跳轉(zhuǎn)；載入指令；乘二指令；停機指令；取址操作。其中，直接尋址加、直接尋址減、邏輯運算及乘二運算均使用隱含尋址。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。直接尋址加、直接尋址減、與運算、亦或運算均使用直接尋址。機器指令由操作人員將匯編語言翻譯成機器語言后，手動輸入到內(nèi)存中。 微指令設(shè)計控制存儲器由兩片2816組成，最多可以有16位控制信號。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。微命令編碼方法采用直接表示法，將微指令操作控制字段的每一個二進制位定義為一個微命令。一條微指令從控存中取出時，它所包含的微命令經(jīng)時間同步后去控制相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路中的部件。其他3位接低電平。 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）。寫出這個表的過程比較復(fù)雜，也是整個課程設(shè)計最有技術(shù)含量的一部分，還有一部分是時序電路的加入。首先，先把可能需要控制的全部芯片控制信號列舉出來，可能會超過16個，但是沒關(guān)系，因為在后面的步驟中，會發(fā)現(xiàn)有些控制信息一直沒有變化，可以用一個確定的信號代替。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。由于指令只有4位，所以，所有指令條數(shù)不能超過16條。接著，就是比較復(fù)雜的一步了。分析每一條指令，畫出每條指令的數(shù)據(jù)流和控制流，（ 指令流程圖）通過這種方式，知道每條指令需要的控制信號。 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。如表中編號所示，0,1,2,3分別表示181中的S0，S1，S2，S3；4,5分別表示181中的和M；6表示244a的；7表示157a和157b的使能端S；8表示157c的使能端S；9表示395中的；10用來停機，實際使用時，沒有使用9號控制信號；11和12分別表示193中的up和load；其他位均為0。 指令流程圖我們設(shè)計的指令，包括取址公操作在內(nèi)，一共有12條。不同類型的指令控制流和數(shù)據(jù)流都是不相同的，圖中說明了所有數(shù)據(jù)所在的芯片。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。需要控制的芯片包括74LS373，它是8位鎖存器，所以，需要控制數(shù)據(jù)何時寫入373中，何時保持373中的數(shù)據(jù)不發(fā)生改變；74LS157，它是2選1數(shù)據(jù)選擇器，所以，需要控制輸出數(shù)據(jù)是兩個輸入數(shù)據(jù)中的哪一個；6116，這個芯片在回存指令時，必須要在某個節(jié)拍變成寫模式，但是，在其他指令的周期中，必須一直保持讀模式。另外還需要控制的芯片是74LS395，因為取址周期前，它需要清零，而執(zhí)行周期前，它需要置數(shù)。 取指公操作我們設(shè)計的指令都是雙周期的，其中，第一個周期為取指周期，從內(nèi)存中取出執(zhí)行指令；第二個周期為執(zhí)行周期，執(zhí)行該指令。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，需要進行取址操作時，將395清零即可?？刂菩盘枏目刂拼鎯ζ髦凶x出后，寫入到微指令寄存器中。通過這一組控制信號，從6116的指定單元中讀出指令。指令存放在指令寄存器中。接下來，將4位操作指令載入74LS395中。這4位操作數(shù)成為這條指令的微程序的入口地址，從控制存儲器中讀出微程序后，鎖存在微指令寄存器中。（這個鎖存的節(jié)拍不在取指公操作，而是在執(zhí)行周期的第一個節(jié)拍）。 取值公操作控制流 立即數(shù)加。 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。其他基本一致。 直接尋址加控制流 直接尋址減直接尋址加和直接尋址減的數(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。 直接尋址減控制流 回存回存時，內(nèi)存需要由讀模式變?yōu)閷懩Ｊ健? 回存控制流 無條件跳轉(zhuǎn)。 無條件跳轉(zhuǎn)控制流 有條件跳轉(zhuǎn)。與無條件跳轉(zhuǎn)的不同之處在于，必須判斷數(shù)據(jù)時是否溢出。如果有溢出，則實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，否則不實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。 有條件跳轉(zhuǎn)控制流 非。 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。所以，數(shù)據(jù)通路要比求非運算要長一些?？刂菩盘栆哺鼜?fù)雜一些。 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。 亦或指令控制流 乘2指令控制流 SHL乘2指令的尋址