模型計算機(jī)的設(shè)計論文概要

1、 目錄 1 模型機(jī)設(shè)計方案及步驟 2 1.1 設(shè)計方案 2 2 指令格式4 2.1 指令格式4 2.2 指令集5 3 數(shù)據(jù)通路6 4 指令操作流程6 5 微操作控制信號的邏輯表達(dá)式 14 6 微信號簡化18 7 微信號電路圖18 8 模型機(jī)微控制信號連線圖 19 9 總結(jié)與體會20 10 附錄21 第1頁 良計 理N拶設(shè)計（論文）專用紙 模型計算機(jī)的設(shè)計 1模型機(jī)設(shè)計方案及步驟 1.1設(shè)計方案 本次課程設(shè)計主要任務(wù)是設(shè)計一模型計算機(jī)并利用組合邏輯控制 器或微程序進(jìn)行設(shè)計，且至少實現(xiàn) 4條CPU指令（從ADD SUB XOR AND OR中選擇）。 在此我選擇使用組合邏輯控制器（硬連線）方式設(shè)計

2、，并實現(xiàn) ADD SUB AND OR四條指令。 四條指令意義如下： ADD 數(shù)學(xué)計算兩個數(shù)的和 SUB 數(shù)學(xué)計算兩個數(shù)的差 AND 邏輯運算兩個數(shù)的并 OR 邏輯運算兩個數(shù)的或 對于以上設(shè)計的理由如下： 1. 對于方式的選取我們選取硬連線實現(xiàn)，因為此次我們設(shè)計的模 禮戈丿區(qū)為浮/*羊 第3頁 型機(jī)較為簡單，而且采用元件較少，我們采用硬連線可以使用最少的 元件從而取得較高的操作速度。 2. 對于字長的選取，多方面考慮后，基于資源和設(shè)計的需要可以 采用八位字長。由于共有四條指令，為了滿足選取所以選取其中2位 作為0P操作，由于在對數(shù)的操作中不僅涉及到對數(shù)據(jù)的存儲還會牽 連到指令的操作，在此指令的

3、操作有四條指令所以必須有四個儲存單 元，加上存儲數(shù)據(jù)的一個單元，一共需要五個單元，再由于計算機(jī)存 儲字長值的限制，選不出5個存儲單元的字長。所以至少為3位，其 中給出的是8個存儲單元，對于寄存器，只有一個數(shù)據(jù)需要存儲，所 以1位就行了，但是考慮到計算機(jī)存儲的限制，所以我們可以把后3 位擴(kuò)展給它。所以共有8位。其中3位表示內(nèi)存單元地址，用3位表 示寄存器編號。加上兩個必須的寄存器，其中寄存器有R0、R1、PC、 IR。 3. 對于內(nèi)存的選取我們在實際過程中買不到這么小的內(nèi)存，所以 實際操作中可以將前幾位置零(接地)，用后幾位表示即可。 最終根據(jù)以上理由我們規(guī)定它有 8位的數(shù)據(jù)線D7 : 0，執(zhí)行

4、4 條指令，每條指令的長度為Ibyte，因而它有6位的地址線A5 : 0。 它可以存取的存儲器為 64byte ( 1byte=8bits ) 我們?yōu)樵揅PU定義以下寄存器: 地址寄存器AR5 : 0,保存6位地址 程序計數(shù)器PC5 : 0，保存下一條指令的地址。 數(shù)據(jù)寄存器DR7 : 0，接受指令和存儲器來的數(shù)據(jù)。 指令寄存器IR1 : 0，存儲指令操作碼。 1.2設(shè)計步驟 1）定義指令集以及指令格式； 2）構(gòu)造數(shù)據(jù)通路（含控制門和微操作）； 3）根據(jù)CPU的結(jié)構(gòu)，畫出指令操作流程圖； 4）編排指令操作時間表，即把指令操作流程圖中的微操作落實到不 同的CPU周期和節(jié)拍中； 5）根據(jù)全部指令的

5、指令操作流程，寫出每個微操作控制信號的邏輯 表達(dá)式； 6）綜合、化簡微操作邏輯式； 7）用與、或、非等門電路畫出產(chǎn)生微控制信號的邏輯控制電路。 2指令格式 2.1指令格式 由以上分析可知由于指令總數(shù)為4，所以用2位可以表示所有指令, mr?匸七了設(shè)計（論文）專用紙 米用二地址指令，指令格式為: 76 53 20 OP（ 2 位） Ai（ 3 位） A2（ 3 位） 22指令集 具體詳解如下: 76 53 2 OP（ 2 位） Ai（ 3 位） A2（ 3 位） 廣 00-ADD 01-SUB IR7-IR6 V 10 AND 11 OR 用指令中的3位表示內(nèi)存單元地址，用3位表示寄存器編號，0

6、00 表示R0,001表示R1。 其中As為儲存器地址，Ar為寄存器地址 其中ADD的指令格式為: 00 As（3 位） Ar（ 3 位） SUB的指令格式為: 第5頁 訊療/f設(shè)計(論文)專用紙 01 As（3 位） Ar（ 3 位） AND的指令格式為: 10 As（3 位） Ar（ 3 位） OR的指令格式為: 11 As（3 位） Ar（ 3 位） 由上可知其助記，功能如下: ADD A s Ar As+ArAs SUB As Ar As-ArAs AND A s Ar As BUS AR = IF T 0+ DOF T1 Clear = IF *T 0; 1 C0= IF T0 Ad

7、d = IF *T0+ADD EXE T 0 READ = IF T 1+DOF T2 ALU BUS = IF T 1+ EXE *T 1 BUS PC 二 IF T 1 DR BUS = IF 訂2+ DOF 訂 3 BUS IR = IF *T2 IR_Addr BUS = DOF 訂 1 BUS LB = DOF 訂 3 BUS Ri = EXE 訂 1（再譯譯碼得 BUS R0, BUS R1） Ri BUS = DOF T 0（再譯譯碼得 R0 BUS, R1 BUS） 1 DOF = IF *T3 1 EXE = DOF *T3 1 IF = EXE 訂 3 7微信號電路圖 反訊

8、3權(quán)拶設(shè)計（論文）專用紙 9 總結(jié)與體會 這次課程設(shè)計中，基于前幾次實驗中，對計算機(jī)的大致組成以及運 行原理有了初步的了解，并且對實驗板也比較熟悉了，所以按照實驗連 接圖連線也比較上手了，經(jīng)過那么多次實驗，覺得連線最重要的就是認(rèn) 真，如果一開小差就會出錯， 每連完一條線之后，都要檢查一遍，看是 否連錯，這告訴我們，做每一件事都要認(rèn)認(rèn)真真的完成，容不得一絲馬 虎，否則只會落得個事倍功半的效果。這次課程設(shè)計最重要的就是編寫 程序了，要想編寫程序首次要對程序了解，知道每個助記符對應(yīng)的機(jī)器 碼是什么意思，對應(yīng)的二進(jìn)制的每四位代表什么。在對程序理解的過程 4 MUST 第27頁 中,剛開始不知道程序的十六進(jìn)制是如何通過助記符轉(zhuǎn)換過來的，經(jīng)過對 指令格式的剖析才知道沒個助記符對應(yīng)的二進(jìn)制，然后對剛編好的程序 進(jìn)行運行，通過觀察CPU 般都是先取機(jī)器指令，然后編譯，送往寄存 器，然后再去指令，再編譯，一直這樣下去，直到停止為止，此次課程 設(shè)計最大的收獲就是，通過觀察大致了解了 CPU的運行方式，并且都指 令也有了較大的了解，還懂得了合作和請教才