計算機組成原理課程設計講義.ppt

1、組成原理課程設計,設計題目 模型機設計,課程設計目的,掌握整機動態(tài)工作過程 了解微程序控制器的設計，構建指令系統(tǒng) 組建模型機，編寫應用程序進行調(diào)試,設計內(nèi)容和要求,1.設計內(nèi)容 （1）設計指令系統(tǒng) （2）編寫微程序 （3）實驗接線 （4）編寫應用程序，選擇實現(xiàn)下列要求的一種功能 輸入兩個一位十進制數(shù)，計算兩數(shù)之和，并以BCD碼輸出 輸入一個兩位十進制數(shù)，求其負值的補碼 輸入幾個數(shù)，統(tǒng)計奇數(shù)和偶數(shù)的個數(shù) 2.設計要求 （1）指令在8條以上 （2）尋址方式包括：寄存器尋址、直接尋址、立即數(shù)尋址 （3）數(shù)據(jù)由鍵盤輸入 （4）由數(shù)碼管顯示結果,報告要求,手寫 統(tǒng)一封面 第一頁為任務書 內(nèi)容包括：設計目

2、的、設計器材、設計要求、模型機結構、指令編碼、微程序、應用程序、接線圖、調(diào)試、結果分析、總結等。 收報告截止日期：17周周五,EL-JY-組成原理實驗儀介紹,底板布局,模型機結構框圖,由4片74181構成16位ALU,S3 S2 S1 S0 M Cn 選擇運算功能,ALU_G為三態(tài)門輸出控制信號，低電平可輸出,LT1、LT2為數(shù)據(jù)暫存器，各由2片74273構成,LDR1、 LDR2兩個暫存器接數(shù)控制，高電平有效,由Ax、Bx、Cx 構成寄存器堆,LRi為寄存器堆的寫控制，高電平有效,RiG為寄存器輸出控制 ，低電平有效,M S0 S1為移位寄存器功能選擇，與ALU使用相同的控制信號,G-299

3、為移位寄存器輸出控制信號，低電平有效,在開關方式下，輸入設備由16位電平開關及兩個74244構成,當DIJ-G為低電平時將16位開關狀態(tài)送上數(shù)據(jù)總線,在鍵盤方式或聯(lián)機方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤或串口線輸入，可以不用數(shù)據(jù)輸入電路。,輸出設備由底板上的四個LED數(shù)碼管及其譯碼、驅動電路構成,當D-G和W/R均為低電平時將數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示,存儲器部分由兩片6116構成16位存儲器，地址總線只用低八位,CE為片選信號，低電平有效,WE為讀寫信號，低電平寫，高電平讀,LAR為地址寄存器的鎖存控制 ，高電平有效,LOAD為程序計數(shù)器的置數(shù)控制 ，高電平有效,LPC為程序計數(shù)器的時鐘控制 ，高電平有效

4、,PC-G為程序計數(shù)器的輸出控制 ，低電平有效,LDIR為指令寄存器的鎖存控制 ，高電平有效,工作原理,1數(shù)據(jù)格式 本實驗計算機采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長為16位，其格式如下： 其中第16位為符號位，數(shù)值表示范圍是： -32768X32767,2指令格式 （1）算術邏輯指令 設計9條單字長算術邏輯指令，尋址方式采用寄存器直接尋址。其格式如下,其中OP為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：,（2）存儲器訪問及轉移指令 存儲器的訪問有兩種，即存數(shù)和取數(shù)。它們都使用助記符MOV，但其操作碼不同。轉移指令只有一種，即無條件轉移（JMP）。指令格式如下：,其中OP為操作碼，rd為寄存

5、器。M為尋址模式，D隨M的不同其定義也不相同，如下表所示：,（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： 其中，當OP=0100且addr=10時，從“數(shù)據(jù)輸入電路”中的開關組輸入數(shù)據(jù)；當OP-CODE=0100且addr=01時，將數(shù)據(jù)送到“輸出顯示電路”中的數(shù)碼管顯示。,3指令系統(tǒng)含14條基本指令，其中算術邏輯指令8條，訪問內(nèi)存指令和程序控制指令4條。輸入輸出指令2條。,基本指令表,基本指令表(續(xù)）,4設計微代碼 微程序設計的關鍵技術之一是處理好每條微指令的下地址，以保證程序正確高效地進行。本系統(tǒng)采用分段編碼的指令格式，采用斷定方式確定下一條微指令的地址。

6、,控制場 下地址場 微指令寄存器MIR,微地址形成電路,控存CM,微操作控制信號,指令操作碼,狀態(tài)條件,微指令,微地址,斷定方式微程序控制部件示圖,每條微指令由24位組成， 其控制位順序如下：,控制存儲器電路,微地址形成電路,微指令譯碼電路,MS24MS16對應于微指令的第2416位，S3S2S1S0MCn為運算器的方式控制， WE為外部器件的讀寫信號，1表示寫，0表示讀；控制總線上的WR為外部讀寫控制電路的輸出，其控制電路為,1A、1B用于選通外部器件，通常接至底板IO控制電路的1A1B端，四個輸出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片選端。（注：Y3被系統(tǒng)占用，用于輸入中斷，Y0Y1Y2能被用戶使

7、用）。I/O控制電路由一片74LS139構成，用于為外部器件提供選通信號。其原理和邏輯關系如下圖所示：,I/O控制電路,、三個字段的編碼方案,LRi為寄存器堆的寫控制，它與指令寄存器的第0位和第1位共同決定對哪個寄存器進行寫操作,LOAD為程序計數(shù)器的置數(shù)控制,LDR1、LDR2為運算器的兩個鎖存控制,LAR為地址寄存器的鎖存控制,LDIR為指令寄存器的鎖存控制,F1字段6個輸出信號均為高電平有效,RAG、RBG、RCG分別為寄存器Ax、Bx、Cx的輸出控制,ALU-G為運算器的輸出控制,PC-G為程序計數(shù)器的輸出控制,299-G為移位寄存器的輸出控制,F2字段6個輸出信號均為低電平有效,P1

8、、P2、P3、P4位測試字，其功能是對機器指令進行譯碼，使微程序轉入相應的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支和循環(huán)運行,AR為運算器的進位輸出控制,LPC為程序計數(shù)器的時鐘控制,F3字段6個輸出信號均為高電平有效,指令譯碼器電路,設計三個控制操作微程序： 存儲器讀操作（MRD）：撥動清零開關CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“00”時，按“單步”鍵，可對RAM連續(xù)讀操作。 存儲器寫操作（MWE）：撥動清零開關CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“10”時，按“單步”鍵，可對RAM連續(xù)寫操作。 啟動程序（RUN）：撥動開關CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“11”時，按“單步”鍵，即可轉入到第01號“取指”微指令，啟動程序運行。 注：CA1、CA2由控制總線的E4、E5給出。鍵盤操作方式時由監(jiān)控程序直接對E4、E5賦值，無需接線。開關方式時可將E4、E5接至控制開關CA1、CA2，由開關來控制。,微程序流程圖,以CA1、CA2為測試條件,13,RUN（11）,開