【正文】 ，通過執(zhí)行指令對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證 ⑶ 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 ① PC 機(jī)一臺 ② DVCC 試驗(yàn)箱 ③ 各種實(shí)驗(yàn)多需要的跳線，連接線等 2 CPU 指令系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 指令格式 模型機(jī)采用定長的指令格式，每條 指令 16 位字長，占據(jù)一個(gè)存儲單元。 模型機(jī)的指令格式有三類： (1) 雙操作數(shù)值令格式 15 12 11 9 8 6 5 3 2 0 操作碼 寄存器號 尋址方式 寄存器號 尋址方式 目的寄存器 源 寄存器 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 2 四位操作碼可以表示 16 種操作?？删幊痰募拇嫫靼拇嫫?R0 ~ R3，堆棧指針 SP，程序計(jì)數(shù)器 PC，程序狀態(tài)字 PSW，針對同一種尋址防護(hù)四編碼，指定不同的寄存器，派生出多種不同的尋址方式。 指令類型 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 3 根據(jù)模型機(jī)的指令格式，操作碼有 4 位，線設(shè)置了 15 種指令 (其中兩種指令共用一個(gè)操作碼 )，余下的兩種操作碼組合可以供擴(kuò)展。 模型機(jī)的指令類型如下表： 表 2 操作碼 助記符 含義 操作碼 助記符 含義 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 MOVE ADD SUB AND OR EOR COM NEG 傳送 加 減 與 或 異或 求反 求補(bǔ) 1000 1001 1010 1011 1100 1100 1101 INC DC SL SR JMP RST JSR 加 1 減 1 左移 右移 轉(zhuǎn)移 返回 轉(zhuǎn)子 ⑴ 傳送指令 MOV 可以采用不同的 尋址方式來預(yù)置寄存器或者存儲單元，實(shí)現(xiàn)見存期和寄存器之間，寄存器與存儲單元，各存儲單元之間的信息傳送，還可以實(shí)現(xiàn)堆棧操作 POP、 PUSH。其他的是邏輯運(yùn)算指令，可用來實(shí)現(xiàn)位檢測，位清除， 位 設(shè)置，位修正等操作。 ⑷ 程序控制指令 ① 轉(zhuǎn)移指令 JMP JMP 是用來實(shí)現(xiàn)無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移的。 ③ 轉(zhuǎn)子指令 JSP 執(zhí)行 JSP 指令時(shí)，首先將返回地址壓棧，然后按照尋址方式找到轉(zhuǎn)移地址，把 t 它送西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 4 PC 中。 功能： Ri ← （ M j） ⑽ OUT Ri， M j 格式 7 4 3 2 1 0 1 0 1 0 Ri Mj 當(dāng) M j=10 時(shí)，選中實(shí)驗(yàn)箱的顯示燈。 3 運(yùn)算器的設(shè)計(jì) 運(yùn)算部件是 CPU 內(nèi)部的重要組成部分，它起到至關(guān)重要 的作用。 在此我們借用 SN74181，利用它來完成我們需要的功能。 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 6 圖 1 SN74181 的引腳框圖 ： 1） A0～ A3:4 位二進(jìn)制數(shù) A 2） B0～ B3:4 位二進(jìn)制數(shù) B 3） F0～ F3:運(yùn)算結(jié)果 4） S0～ S3:狀態(tài)控制信號，控制運(yùn)算類型，控制 16 中運(yùn)算。 SN74181 功能表 表 3 工作方式選擇 S3S2S1S0 邏輯運(yùn)算 M=1 算術(shù)運(yùn)算 M=0 0000 A’ A 減 1 0001 (AB)’ AB 減 1 0010 A’+B AB’減 1 0011 邏輯 1 全 1 0100 (A+B)’ A 加 (A+B’) 0101 B’ AB 加 (A+B’) 0110 (A○ + B)’ A 加 B’ 0111 A+B’ A+B’ 1000 A’B A 加（ A+B） 1001 A○ + B A 加 B 1010 B AB’加 (A+B) 1011 A+B A+B 1100 邏輯 0 0 1101 AB’ AB 加 A 1110 AB AB’加 A 1111 A A ALU 的組成 通過 74181 可以形成相應(yīng)的進(jìn)位邏輯，組成相應(yīng)的 ALU。在此基礎(chǔ)上，就可以擬出各種信息傳送路徑，以及為實(shí)現(xiàn)這些傳送所需要的命令。它們都設(shè)置 3 位編號，供CPU 變成訪問。 ③ 指令寄存器 IR 為了提高取指令的速度，把指令從主存讀出以后，經(jīng)數(shù)據(jù)總線直接置入 IR。 ⑵ 運(yùn)算部件 ① ALU 部件 移位器 ALU 選擇器 A 選擇器 B R0 R1 R2 R3 C D MAR MDR IR PC SP PSW R0? R3 C,D,SP,PC R0? R3 C,D,PSW,MDR 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 9 ALU 部件采用 SN74181。通用寄存器和暫存器既可以送往 A，也可以送往 B，但是 PC 和 SP 只能送往 A， PSW 和 MDR 只能送往 B。 總線與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu) ⑴ 內(nèi)總線 單向內(nèi)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分配，寄存器在邏輯上分立。 各類信息的傳送路徑 ⑴ 指令信息的傳送 指令由主存讀出，送人指令寄存器 IR： M → 數(shù)據(jù)總線 → IR。 ① 指令地址 指令地址從 PC 取出，送人 MAR： PC → 選擇器 → A → ALU → 移位器 → 內(nèi)總線 → MAR。 ③ 轉(zhuǎn)移地址 按尋址方式形成轉(zhuǎn)移地址。同樣，傳送路徑也因?qū)ぶ贩绞蕉悺? 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 10 ④ 操作數(shù)地址 按尋址方式形成轉(zhuǎn)移地址。同樣，傳送路徑也因?qū)ぶ贩绞蕉悺? 取形式地址： PC → A → ALU → 移位器 → 內(nèi)總線 →MAR → 地址總線 → M ； M → 數(shù)據(jù)總線 → MDR → B → ALU → 移位器 → 內(nèi)總線 → C 。 ⑶ 數(shù)據(jù)信息的傳送 ① 寄存器 → 寄存器 Ri → A/B → ALU → 移位器 → 內(nèi)總線 → Rj 。 ③ 主存 → 寄存器 M → 數(shù)據(jù)總線 → MDR → B → ALU → 移位器 → 內(nèi)總線 → Rj。 M(源單元 ) → 數(shù)據(jù)總線 → MDR → B → ALU → 移位器 → 內(nèi)總線 → C。 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 11 ⑦ 主存 ← → 外設(shè) 有兩種方式實(shí)現(xiàn)主存與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。這樣的傳送一般以 MDR 為中間緩沖，以便與其他傳送指令的執(zhí)行流程相吻合。即： M ←→ 數(shù)據(jù)總線 ←→ I/O 接口 微命令的設(shè)置 在全面分析了各類信息的傳送路徑之后，對指令將如何執(zhí)行就有了進(jìn)一步的了解，且為時(shí)序的安排與相應(yīng)微命令的設(shè)置打下了基礎(chǔ)。 ⑴ 數(shù)據(jù)通路操作 ① ALU 輸入選擇 如： R0 → A ② ALU 功能選擇 如：微命令 S3~S0、 M、 C0。 ③ 移位器功能選擇 如：微命令 DM，左移，右移 ④ 結(jié)果分配 如：打入脈沖 CPR0、 CPMAR…… ⑵ 訪存操作 所需要的命令如下： EMAR、 R、 W、 SMDR、 SIR 5 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì) 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 12 功能描述和結(jié)構(gòu) ⑴ 功能描述 根據(jù)現(xiàn)行指令、 PSW、控制臺命令、 IO 設(shè)備接口狀態(tài)、中斷請求、時(shí)序系統(tǒng)等產(chǎn)生所需微命令；控制整個(gè) CPU 的運(yùn)行。 SIR /*寄存器 R1 的置入端 。 SELA3 /*選擇 器 A 的選擇控制（ 3 位） SELB3 /*選擇器 B 的選擇控制（ 3 位） CON_ALU6 /*ALU 的功能控制（ 6 位） SHIFT_REG2 /*移位器的控制（ 2 位） — 左移、右移、直傳（ DM） 。 ⑵ 操作類型碼 輸入： IR15， IR14， IR13， IR12 輸出： MOV， ADD， SUB， AND， OR， EOR， COM， NEG， INC， DEG， SL， SR，JMP_RST， JSR 功能表 ： 表 4 IR15IR14IR13IR12 IR_OPER_TYPE IR15IR14IR13IR12 IR_OPER_TYPE 0000 MOV 1000 INC 0001 ADD 1001 DEC 0010 SUB 1010 SL 0011 AND 1011 RL 0100 OR 1100 JMP/RST 0101 EOR 1101 JSR 0110 COM 1110 sti 0111 NEG 1110 cli 西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計(jì) 14 ⑶ 源 寄存器號譯碼 U_SREG_DECOD 輸入： IR11， IR10， IR9 輸出： S_R0,S_R1， S_R2 ,S_R3,S_SP,S_PSW ,S_PC 功能表：