【正文】 課設(shè)過(guò)程中我遇到了很多實(shí)際性的問(wèn)題，都是她為我提出了具有指導(dǎo)性的解決方案 ,使我順利的完成課設(shè)。 由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的部件較多 ， 結(jié)構(gòu)原理較復(fù)雜 ， 對(duì)于我們這樣的初設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)感到無(wú)從下手 ， 所以我們?cè)谡麄€(gè)過(guò)程中采取由淺入深 ， 由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的放法 ， 通過(guò)這次設(shè)計(jì) ， 使我們能清楚 地 了解計(jì)算機(jī)的基本組成 ， 基本原理和設(shè)計(jì)步驟 ， 設(shè)計(jì)思路和調(diào)試步驟 ， 最終能清晰的建立起整機(jī)概念 ，為獨(dú)立完成計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ) 。 五 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我體會(huì)到自己所學(xué)的東西太少了，很多都不知道。 ② .連續(xù)運(yùn)行程序 A “編程開(kāi)關(guān)”置“運(yùn)行”狀態(tài)，“運(yùn)行方式”開(kāi)關(guān)置“連續(xù)”狀態(tài)，“運(yùn)行控制”開(kāi)關(guān)置“運(yùn)行”狀態(tài)。 B 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān) (01),即單步運(yùn)行一條指令。輸入 R0 0000 0001 0001 0000 ADD[0DH] 。例如用上一周期的 T4時(shí)間按微 PCAR PC+1 RAMBUS BUSIR P(1) SWR0 PCAR PC+1 PCAR PC+1 PCAR PC+1 PCAR PC+1 RAMBUS BUSDR2 R0DR1 DR1+DR2R0 DR1LED RAMBUS BUSAR RAMBUS BUSAR RAMBUS BUSPC R0BUS BUSRAM RAMBUS BUSDR1 DR1LED 地址寄存器內(nèi)容從 ROM 中讀一條微指令，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后被讀出，用當(dāng)前周期的 T1時(shí)間 打入到微指令寄存器。 D地址轉(zhuǎn)移邏輯 ： 微指令由 ROM 讀出后直接給出下一條微指令的地址，這個(gè)地址就放在微地址寄存器中。 B微命令寄存器 ： 微命令寄存器暫存由控制存儲(chǔ)器中讀出 的當(dāng)前微指令中控制字段與測(cè)試判別字段信 息 可由 8D 寄存器組成。假如控 制器需要 128條微指令，則微地址寄存器長(zhǎng)度為 7位。 微控制器結(jié)構(gòu)框圖如下： 它由控制存儲(chǔ)器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯幾部分組成。在設(shè)計(jì) CPU 時(shí)，根據(jù)指令系統(tǒng)的需要，事先編制好各段微程序 ， 且將它們存入一個(gè)專(zhuān)用存儲(chǔ)器中。 UA5?? UA0： 為下一步微地址 。 P（ 4）：分支判斷 4，和開(kāi)關(guān) SWB， SBA作為測(cè)試條件，有 4個(gè)分支。 C字段： 表 311 9 8 7 選擇 0 0 0 0 0 1 P(1) 0 1 0 P(2) 0 1 1 P(3) 1 0 0 P(4) 1 0 1 AR 1 1 0 LDPC P（ 1）：分支判斷 1，和指令寄存器（ IR）的高四位（ IR7IR4）作為測(cè)試條件。本機(jī)定固定為 R2 。具體選擇同指令寄存器（ IR）的 3， 4位（ I3，I2）配合，當(dāng) I3， I2=00時(shí)為輸入到 R0寄存器； I3， I2=01時(shí)為 R1； I3， I2=10時(shí)為R2。 LDIR：指令寄存器 IR選中。 B1， B0 ： 為對(duì)外部設(shè)備（ RAM， OUTPUT， INPUT）地址進(jìn)行譯碼， B1B0=00時(shí)， INPUT（即 SWB）選中； B1B0=01時(shí)， RAM（即 CE）選中； B1B0=10時(shí) ， OUTPUT（即 LEDB）選中， B1B0=11時(shí)，外部設(shè)備都不選中。 基本字長(zhǎng)：程序設(shè)計(jì)平臺(tái)中配置的存儲(chǔ)器容量為 256*8，可知道基本字長(zhǎng)定為 8 位。 K:DEC 減 1 指令。 指令格式： BZC M,D 指令功能： 當(dāng) CY=1 或 ZI=1， EPC G:CLR 系統(tǒng)總清開(kāi)關(guān)，低電平有效。 指令格式： STA（ ADD）， R0 指令功能：將 R0 寄存器的內(nèi)容存到以 ADD 為地址的內(nèi)存單元中。 3) I / O指令 輸入 IN和輸出 OUT指令采用單字節(jié)指令，其格式如下： D7 ～ D4 D3 D2 D1 D0 OPCODE addr RD 表 36 addr=01時(shí)，選中鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備； addr=10時(shí)，選中字符顯示器作為輸出設(shè)備。 (2） 指令格式 本模型機(jī)共有 13條基本指令，其中算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令 4條（ ADD、 SUB、 MOVE、CLR）， 訪問(wèn)內(nèi)存指令和程序控制指令 4條（ STA、 LDA、 JMP、 BZC）， I / O指令 2條 (IN、 OUT)，位操作指令 3條（ AND、 OR、 XOR），各指令格式如下所示。 由于地址寄存器為 8 位，故接入 6264 的地址為 A0～ A7,而高 4 位 A8～A12 接地，所以其實(shí)際使用容量為 256字節(jié)。 2 存儲(chǔ)器的組成與說(shuō)明 主存儲(chǔ)器單元電路主要用于存放實(shí)驗(yàn)機(jī)指令，它的數(shù)據(jù)總線掛在外部數(shù)據(jù)總線 EXD0～ EXD7 上。在 BUSALU→ 控制信號(hào)作用下將運(yùn)算結(jié)果送到總線 BUS上。兩個(gè)參加運(yùn)算的數(shù)分別來(lái)自于暫存器 U29和 U30，運(yùn)算結(jié)果直接輸出到輸出緩沖器 U33，由輸出緩沖器發(fā)送到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上，以便進(jìn)行移位操作或參加下一次運(yùn)算。輸出設(shè) 備是用來(lái)完成輸出功能的部件，所有需要從計(jì)算機(jī)內(nèi)輸出的運(yùn)算結(jié)果或在機(jī)內(nèi)運(yùn)行的程序、數(shù)據(jù)均可通過(guò)輸出設(shè)備輸出。通常將 CPU 和主存儲(chǔ)器合起來(lái)稱之為計(jì)算機(jī)的“主機(jī)”。通常將運(yùn)算器和控制器合起來(lái)稱之為“中央處理器”簡(jiǎn)稱 CPU。 （ 2）框圖部件概述 : （使用可編程器件 74LS181 實(shí)現(xiàn)）：運(yùn)算器是用來(lái)完成各種運(yùn)算的部件，通常將運(yùn)算分成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算兩大類(lèi)：算術(shù)運(yùn)算是指需要考慮進(jìn)位的加、減、乘、除運(yùn)算。 11． LDAR 微程序控制器的輸入信號(hào)，將程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容打入到地址寄存器 AR 中，產(chǎn)生 RAM 的地址。 7． R－ BUS 微程序控制器的輸出信號(hào)，控制寄存器 R0 的內(nèi)容是否送到總線BUS，低電平有效。 /CN＝ 0 表示 ALU 運(yùn)算時(shí)最低位加進(jìn)位 1； /CN＝ 1 則表示無(wú)進(jìn)位。而每一條微指令都是由我們自己根據(jù) CPU 要完成的功能設(shè)計(jì)的 。 啟動(dòng)程序：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān) CLR 后控制臺(tái)開(kāi)關(guān) SWB， SWA 置為“ 11”時(shí)，按動(dòng)啟動(dòng)鍵，即可轉(zhuǎn)入到第 01 號(hào)“取址”微指令 上述三條控制臺(tái)指令用兩個(gè)開(kāi)關(guān) SWB、 SWA 的狀態(tài)來(lái)設(shè)置，其定義如下 表 12： 表 12 SWB SWA 控制臺(tái)指令 0 0 1 0 1 1 讀內(nèi)存（ KRD） 寫(xiě)內(nèi)存（ KWE） 啟動(dòng)程序（ RP） 二 總體設(shè)計(jì) 本次實(shí)驗(yàn)將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元的控制信號(hào)，實(shí)驗(yàn)特定指令的功能。 RLC 為將 R0 寄存器中的數(shù)據(jù)帶進(jìn)位循環(huán)左移 1 位。實(shí)驗(yàn)中新增 4 條移位運(yùn)算指令： RL(左環(huán)移 )、 RLC(帶進(jìn)位左環(huán)移 )、 RR(右環(huán)移 )、 RRC(帶進(jìn)位右環(huán)移 )，其指令格式如下： 操作碼 RR 01010000 RRC 01100000 RL 01110000 RLC 10000000 以上 4 條指令都為單字長(zhǎng) (8 位 )。 ② 數(shù)據(jù)寄存器用來(lái)存放從內(nèi) 存中讀出的數(shù)據(jù)或是從輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)送到運(yùn)算器等功能部件，起了暫存的作用。 統(tǒng) 指令系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有條不紊的工作 ① 指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。 74LS181功能表如表 11所示 表 11 74LS181功能表 4位ALU S3 S2 S1 S0 M＝ 0（算術(shù)運(yùn)算） M＝ 1 （邏輯運(yùn)算） Cn=1 無(wú)進(jìn)位 Cn=0 有進(jìn)位 L L L L L L L H L L H L L L H H L H L L L H L H L H H L L H H H H L L L H L L H H L H L H L H H H H L L F＝ A F＝ A+B F＝ A+/B F＝ 2的補(bǔ) F＝ A加 (A*/B) F＝ (A+B)加(A*/B) F＝ A減 B減 1 F＝ (A*/B)減 1 F＝ A加 A*B F＝ A加 B F＝（ A+/B） 加A*B F＝ A*B減 1 F＝ A加 A F＝ A加 1 F＝（ A+B）加 1 F＝（ A+/B）加 1 F＝ 0 F＝ A加 (A*/B)加 1 F＝（ A+B） 加 (A*/B)加 1 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。電子器件的特性，計(jì)算機(jī)中通常采用二進(jìn)制數(shù)。存儲(chǔ)器是由許多存儲(chǔ)單元組成的，每一個(gè)存儲(chǔ)單元都有編號(hào)，稱為地址。在存放到存儲(chǔ)器以前，他們?nèi)孔兂?0 或 1 表示的二進(jìn)制代碼。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。控制器它主要由控制存儲(chǔ)器、微指令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯三大部分組成，其中微指令寄存器分為微地址寄存器和 微命令寄存器兩部分。 此基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括存儲(chǔ)器、運(yùn)算 器、輸入 /輸出設(shè)備、微控器和指令系統(tǒng)五個(gè)模塊組成。 在計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上搭建模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成微程序控制器的實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程，并用所設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)編寫(xiě)一個(gè)實(shí)現(xiàn) 簡(jiǎn)單功能的程序，在搭建的模型機(jī)系統(tǒng)上輸入、調(diào)試和運(yùn)行程序。首先向存儲(chǔ)器中裝入數(shù)據(jù)和程序，然后檢查寫(xiě)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。 摘 要 本次課程設(shè)計(jì)課題是基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)要求 根據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理課程所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)一套簡(jiǎn)單的模型計(jì)算機(jī)。 了解并說(shuō)明教學(xué)模型機(jī)的輸入輸出模塊。 存儲(chǔ)系統(tǒng)：使用模型機(jī)的存儲(chǔ)模塊，說(shuō)明存儲(chǔ)器的輸入輸出時(shí)序，模塊連接方式等。 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。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) 一條微程序。 運(yùn)算器：使用模型機(jī)的器件，組成帶有片間串行進(jìn)位 8 位移位運(yùn)算功能的運(yùn)算器。 在自己設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)基礎(chǔ)上，編制一個(gè)匯編語(yǔ)言小程序 并進(jìn)行調(diào)試通過(guò)。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。 關(guān)鍵詞 ： 模型機(jī) 運(yùn)算器 存儲(chǔ)系統(tǒng) 指令系統(tǒng) 微程序指令 目錄 前 言 ............................................