模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)論文概要

1、 目錄 1 模型機(jī)設(shè)計(jì)方案及步驟 2 1.1 設(shè)計(jì)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(hào)的邏輯表達(dá)式 14 6 微信號(hào)簡(jiǎn)化18 7 微信號(hào)電路圖18 8 模型機(jī)微控制信號(hào)連線圖 19 9 總結(jié)與體會(huì)20 10 附錄21 第1頁(yè) 良計(jì) 理N拶設(shè)計(jì)（論文）專用紙 模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì) 1模型機(jī)設(shè)計(jì)方案及步驟 1.1設(shè)計(jì)方案 本次課程設(shè)計(jì)主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一模型計(jì)算機(jī)并利用組合邏輯控制 器或微程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，且至少實(shí)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(jì)

2、，并實(shí)現(xiàn) ADD SUB AND OR四條指令。 四條指令意義如下： ADD 數(shù)學(xué)計(jì)算兩個(gè)數(shù)的和 SUB 數(shù)學(xué)計(jì)算兩個(gè)數(shù)的差 AND 邏輯運(yùn)算兩個(gè)數(shù)的并 OR 邏輯運(yùn)算兩個(gè)數(shù)的或 對(duì)于以上設(shè)計(jì)的理由如下： 1. 對(duì)于方式的選取我們選取硬連線實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇舜挝覀冊(cè)O(shè)計(jì)的模 禮戈丿區(qū)為浮/*羊 第3頁(yè) 型機(jī)較為簡(jiǎn)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(duì)于字長(zhǎng)的選取，多方面考慮后，基于資源和設(shè)計(jì)的需要可以 采用八位字長(zhǎng)。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(duì)數(shù)的操作中不僅涉及到對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)還會(huì)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(gè)儲(chǔ)存單 元，加上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一個(gè)單元，一共需要五個(gè)單元，再由于計(jì)算機(jī)存 儲(chǔ)字長(zhǎng)值的限制，選不出5個(gè)存儲(chǔ)單元的字長(zhǎng)。所以至少為3位，其 中給出的是8個(gè)存儲(chǔ)單元，對(duì)于寄存器，只有一個(gè)數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)，所 以1位就行了，但是考慮到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)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(hào)。加上兩個(gè)必須的寄存器，其中寄存器有R0、R1、PC、 IR。 3. 對(duì)于內(nèi)存的選取我們?cè)趯?shí)際過(guò)程中買(mǎi)不到這么小的內(nèi)存，所以 實(shí)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(zhǎng)度為Ibyte，因而它有6位的地址線A5 : 0。 它可以存取的存儲(chǔ)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(jì)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(chǔ)器來(lái)的數(shù)據(jù)。 指令寄存器IR1 : 0，存儲(chǔ)指令操作碼。 1.2設(shè)計(jì)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(mén)和微操作）； 3）根據(jù)CPU的結(jié)構(gòu)，畫(huà)出指令操作流程圖； 4）編排指令操作時(shí)間表，即把指令操作流程圖中的微操作落實(shí)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(xiě)出每個(gè)微操作控制信號(hào)的邏輯 表達(dá)式； 6）綜合、化簡(jiǎn)微操作邏輯式； 7）用與、或、非等門(mén)電路畫(huà)出產(chǎn)生微控制信號(hào)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(jì)（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(hào)，0

6、00 表示R0,001表示R1。 其中As為儲(chǔ)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(yè) 訊療/f設(shè)計(jì)(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(hào)電路圖 反訊

8、3權(quán)拶設(shè)計(jì)（論文）專用紙 9 總結(jié)與體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)中，基于前幾次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)計(jì)算機(jī)的大致組成以及運(yùn) 行原理有了初步的了解，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)板也比較熟悉了，所以按照實(shí)驗(yàn)連 接圖連線也比較上手了，經(jīng)過(guò)那么多次實(shí)驗(yàn)，覺(jué)得連線最重要的就是認(rèn) 真，如果一開(kāi)小差就會(huì)出錯(cuò)， 每連完一條線之后，都要檢查一遍，看是 否連錯(cuò)，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(huì)落得個(gè)事倍功半的效果。這次課程設(shè)計(jì)最重要的就是編寫(xiě) 程序了，要想編寫(xiě)程序首次要對(duì)程序了解，知道每個(gè)助記符對(duì)應(yīng)的機(jī)器 碼是什么意思，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制的每四位代表什么。在對(duì)程序理解的過(guò)程 4 MUST 第27頁(yè) 中,剛開(kāi)始不知道程序的十六進(jìn)制是如何通過(guò)助記符轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的，經(jīng)過(guò)對(duì) 指令格式的剖析才知道沒(méi)個(gè)助記符對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制，然后對(duì)剛編好的程序 進(jìn)行運(yùn)行，通過(guò)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(jì)最大的收獲就是，通過(guò)觀察大致了解了 CPU的運(yùn)行方式，并且都指 令也有了較大的了解，還懂得了合作和請(qǐng)教才