計算機組成與結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(實驗計算機)

1、前 言當今時代已經(jīng)是計算機的時代，我們通常所講的計算機，其全稱是電子式數(shù)字計算機，它是一種能存儲程序，能自動連續(xù)的對各種數(shù)字化信息進行算術(shù)，邏輯運算的快速工具。在這一定義中包含兩個重要的基本概念：信息數(shù)字化和存儲程序工作方式。計算機系統(tǒng)是由硬件與軟件組成的綜合體，人們通常采用層次結(jié)構(gòu)觀點去描述系統(tǒng)的組成與功能，分層次的分析與設(shè)計計算機系統(tǒng)。而計算機是一種能夠存儲程序，能夠自動連續(xù)的執(zhí)行程序，對各種數(shù)字化信息進行算術(shù)運算或邏輯運算的快速工具。首先，計算機是能夠運算的設(shè)備，運算可以分為兩大類：算術(shù)運算和邏輯運算。算術(shù)運算的對象是數(shù)值型數(shù)據(jù)，以四則運算為基礎(chǔ)，許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題可通過相應(yīng)算法最終分解

2、為若干四則運算。邏輯運算用來解決邏輯型問題，如信息檢索，判斷分析和決策等。所以我們常將計算機的工作泛稱為對信息進行運算處理。而計算機中的信息是用數(shù)字代碼來表示各類信息，所以稱為數(shù)字計算機。計算機對這些數(shù)字化的信息進行運算處理的方式是采用一種存儲程序工作方式，即先編寫程序，再由計算機將這些程序存儲起來，然后通過連續(xù)，快速地執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)各種運算處理。為了存儲程序與數(shù)據(jù)，需要存儲器；為了進行運算處理，需要運算器，需要運算器；為了輸入程序和數(shù)據(jù)，以及輸入程序和數(shù)據(jù)，以及輸出運算結(jié)果，需要有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備；控制器則對計算機的工作精心控制管理。 改革開發(fā)以來，我國經(jīng)濟建設(shè)各方面取得了很大成就，在科學(xué)、

3、技術(shù)和制造等領(lǐng)域，正從引進向創(chuàng)新階段邁進，只有創(chuàng)新才能自立。計算機軟件和微電子是國家重點發(fā)展的目標之一，計算機軟件運行在計算機上，微電子的水平體現(xiàn)在微處理器的設(shè)計和制造能力上，其他學(xué)科也有類似情況，這就說明了為什么多個專業(yè)都需要了解計算機硬件。而作為計算機專業(yè)的學(xué)生不僅要掌握計算機軟件的開發(fā)與利用，還要學(xué)會從計算機的硬件結(jié)構(gòu)上分析設(shè)計計算機。然而，許多同學(xué)懼怕硬件。沒有硬件，何來軟件？并且，隨著計算機技術(shù)發(fā)展，計算機軟硬件界限開始變得模糊，已經(jīng)出現(xiàn)采用軟件方法來設(shè)計硬件。本學(xué)期開的計算機組成與結(jié)構(gòu)就是為了滿足計算機硬件教學(xué)的要求。在本次課程設(shè)計中，我在同學(xué)的幫助下完成相應(yīng)的整體邏輯圖的設(shè)計、指

4、令系統(tǒng)的設(shè)計、確定微操作控制信號等，設(shè)計的一臺小型的實驗計算機，能基本實現(xiàn)四則運算。目 錄課程設(shè)計任務(wù)書 3第1章 實驗計算機的設(shè)計 81.1確定設(shè)計總要求81.2設(shè)計整機邏輯框圖81.3設(shè)計指令系統(tǒng)101.4設(shè)計指令執(zhí)行流程111.5確定微操作控制信號及其實現(xiàn)方法171.6設(shè)計微指令格式191.7確定微程序控制方式211.8編寫指令的微程序231.9設(shè)計實驗接線表241.10 編寫調(diào)試程序26 1.10.126 1.10.227 1.10.3281.11 編寫應(yīng)用程序29第2章實驗計算機的組裝302.1器件排列302.2信號連接302.3實驗接線板安裝 30第3章實驗計算機的調(diào)試313.1調(diào)

5、試準備313.2程序調(diào)試31第4章實驗計算機的故障的排除324.1故障的類型和原因324.2故障的分析查找33小結(jié)34參考文獻35 大學(xué)本科生課程設(shè)計任務(wù)書 屆 系 專業(yè) 課程設(shè)計題目：實驗計算機利用 FDCES 實驗儀提供的硬件資源（功能模塊、控制臺及外設(shè)等），按設(shè)計、組裝、調(diào)試等步驟研制一臺微程序控制的實驗計算機。 原始資料1、計算機組成與結(jié)構(gòu)實驗指導(dǎo)書2、計算機組成與結(jié)構(gòu)教材 課程設(shè)計任務(wù)內(nèi)容1. 課程設(shè)計的目的意義：通過課程設(shè)計培養(yǎng)同學(xué)們的系統(tǒng)設(shè)計能力，使同學(xué)們達到以下能力訓(xùn)練：、調(diào)查研究、分析問題的能力；、使用設(shè)計手冊、技術(shù)規(guī)范的能力；、查閱中外文獻的能力；、制定設(shè)計方案的能力；、計

6、算機應(yīng)用的能力；、設(shè)計計算和繪圖的能力；、技術(shù)經(jīng)濟指標的分析能力；、語言文字表達的能力。2. 本課題研究的主要內(nèi)容:研制一臺性能如下的實驗計算機：（1） 不使用外設(shè)。（2） 運算器采用多累加器結(jié)構(gòu)。（3） 操作數(shù)尋址方式有：直接地址尋址立即數(shù)尋址寄存器直接尋址（4） 指令系統(tǒng)由如下8條指令組成：指令編碼助記符指令功能第一字節(jié)第二字節(jié)I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I00 0 0 Ai X AjADD Ai,Aj(Ai)+(Aj)-Ai0 0 1 Ai X AjMOV Ai,Aj(Ai)-(Ai)0 1 0 Ai X AjSL Ai,Aj(Aj)算術(shù)左移一位送 Ai0 1 1 Ai X

7、 XXd7-d0MOV Ai，datadata-Ai0 1 1 Ai 0 a9 a8a7-a0LD Ai,addr(addr)-Ai0 1 1 Ai 0 a9 a8a7-a0ST Ai,addr(Ai)-addr1 1 0 XX 0 a9 a8a7-a0JMP addrAddr-PC1 1 1 XX 0 a9 a8a7-a0JZ addr若ZD=1則addrPC，否則PC加1（5） 能執(zhí)行將內(nèi)存某一單元內(nèi)容（非零）擴大4倍后存入另一個單元1. 提交的成果：一份符合畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范的課程設(shè)計說明書課程設(shè)計統(tǒng)一使用學(xué)校印制的課程設(shè)計封面及課程設(shè)計袋。課程設(shè)計袋按要求認真填寫，字體要工整，卷面要整潔

8、，手寫一律用碳素墨水書寫。課程設(shè)計除課程設(shè)計袋的其它資料鼓勵用計算機打印。課程設(shè)計按統(tǒng)一順序裝訂：（1） 封面（2） 前言（3） 目錄（4） 課程設(shè)計任務(wù)書（須有指導(dǎo)教師簽名及日期）（5） 正文（分章、層次等，每一章從新的一頁開始）（6） 小結(jié)（7） 參考文獻（8） 課程設(shè)計圖紙裝訂好后放入填寫好的資料袋內(nèi)由各教學(xué)單位存檔。相關(guān)要求可酌情參照“安徽工程科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）管理辦法”執(zhí)行。IV 課程設(shè)計的基本步驟整個課程設(shè)計的過程分為三個階段：設(shè)計、組裝、調(diào)試。第一階段：實驗計算機的設(shè)計l 確定設(shè)計總要求。這包括：（1）實驗計算機是否使用外設(shè)（鍵盤和打印機），以什么方式使用外設(shè)（程序查詢

9、IO方式還是中斷IO方式）。（2）實驗計算機運算器采用什么結(jié)構(gòu)（如多通用寄存器結(jié)構(gòu)、多累加器結(jié)構(gòu)等）。（3）實驗計算機功能和用途（如可對鍵盤輸入的兩個2位十進制數(shù)進行四則運算，由打印機輸出結(jié)果）。（4）實驗計算機指令系統(tǒng)規(guī)模（共有多少條指令，指令功能等) （5）微操作控制信號的實現(xiàn)方法。2 設(shè)計整機邏輯框圖根據(jù)設(shè)計要求，對實驗儀硬件資源進行邏輯剪輯組合，便可設(shè)計出該實驗計算機的整機邏輯框圖。3 設(shè)計指令系統(tǒng)需確定實驗計算機的指令系統(tǒng)具體由哪些指令組成，包含哪幾種類型指令，指令操作數(shù)有哪幾種尋址方式，以及指令編碼等。這要兼顧必要性（編程方便）和可行性（硬件條件）。4 設(shè)計指令執(zhí)行流程應(yīng)根據(jù)實驗計

10、算機整機邏輯圖來設(shè)計指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程。對于微程序控制的計算機設(shè)計指令執(zhí)行流程時，要保證每條微指令所含微操作的必要性和合理性，防止微操作之間有時序沖突，為此要分析：* 哪些微操作信息可以安排在同一條微指令中；* 哪些微操作信息必須安排在同一條微指令中；* 哪些微操作信息不能安排在同一條微指令中。5 確定微操作控制信號及其實現(xiàn)方法本設(shè)計階段任務(wù)是綜合實驗計算機指令系統(tǒng)各指令執(zhí)行流程中涉及到的微操作控制信號，統(tǒng)計總共需多少個微操作控制信號，每個信號的有效性，決定這些信號中哪些由軟件（微指令）直接產(chǎn)生，哪些需用硬件（TTL）實現(xiàn)。6 設(shè)計微指令格式微指令長24位，若微指令采用全水平不編碼純

11、控制場的格式，那么至多可有24個微操作控制信號可由微碼直接實現(xiàn)。如果采用分組編碼譯碼，那么n位微碼通過二進位譯碼可實現(xiàn)2n個互斥的微操作控制信號（即它們不可能在同一節(jié)拍內(nèi)激活）。本階段設(shè)計任務(wù)是決定雙位長的微指令是否分段定義、各段段長；決定微指令各碼位含義和有效性；對其中尚需用硬件作后繼處理的信號加以注明如 M0RC，表示對M0尚需作后繼處理才能產(chǎn)生有效的RC信號（注：RC為讀內(nèi)存控制信號，負脈沖有效）。對于那些允許同時有效且有效性一致的微操作控制信號可以合用一個微碼表示。如果實驗計算機指令系統(tǒng)規(guī)模較小，功能也不太復(fù)雜，那么通常情況下推薦采用全水平不編碼純控制場的微指令格式。7 確定微程序控制

12、方式這階段設(shè)計任務(wù)包括設(shè)計各微程序入口地址的形成方法和控存的順序控制（即下址形成）方法。8 編寫各指令的微程序根據(jù)指令流程和微指令格式仔細地逐條填寫微指令各碼位。9 設(shè)計實驗接線表10 編寫調(diào)試程序?qū)嶒炗嬎銠C調(diào)試程序通常包括：存取類指令調(diào)試程序、傳送類指令調(diào)試程序、算術(shù)邏輯類指令調(diào)試程序、跳轉(zhuǎn)類指令調(diào)試程序和I/O設(shè)備調(diào)試程序等。11 編寫應(yīng)用程序用實驗計算機指令系統(tǒng)編寫實驗計算機應(yīng)用程序，例如四則運算程序、圖形打印程序等。第二階段：實驗計算機的組裝采用TTL器件實驗板實施前面設(shè)計的實驗接線表。FDCES實驗儀提供的TTL器件實驗板參見實驗指導(dǎo)書。在正式組裝前，先檢驗將要使用的該實驗接線板，認

13、清該板信號接線插座上所標符號，檢驗將要使用的集成電路型號。第三階段：實驗計算機的調(diào)試組裝無誤，便可進入加電調(diào)試階段，先靜態(tài)后動態(tài)。實驗計算機是一個較大的數(shù)字系統(tǒng)，研制實驗計算機是個較復(fù)雜的過程，難免會出現(xiàn)這樣或那樣的故障，重要的是能正確地分析故障和排除故障，從而提高實驗者分析和解決數(shù)字系統(tǒng)問題的綜合能力。 指導(dǎo)教師（簽字） 完 成 日 期 年 月 日 接受任務(wù)書學(xué)生（簽字）第1章實驗計算機的設(shè)計1.1 確定設(shè)計總要求(1) 不使用外設(shè)。(2) 運算器采用多累加器結(jié)構(gòu)。(3) 能將內(nèi)存中某一單元(非零)內(nèi)容乘以4后在將結(jié)果放到另一單元。(4) 計算機共有8條指令，下列7種功能的指令：算術(shù)加法指令

14、ADD數(shù)據(jù)傳送指令MOV算術(shù)移位(左移)指令SL 存儲器讀操作指令LD存儲器寫操作指令ST 程序無條件跳轉(zhuǎn)指令JMP帶條件跳轉(zhuǎn)指令JZ (5) 微操作控制信號的實現(xiàn)（1） 對于電平有效的微操作控制信號，通?？捎晌⒅噶畲a直接實現(xiàn)。（2） 對于脈沖型微操作控制信號，通常需要外加門電路實現(xiàn)。（3） 對需要多個操作控制信號的器件：由不少器件，它執(zhí)行某種操作需要多個微操作控制信號同時有效。對此，通常可將其中某個（某些）信號事先固定準備好。（4） 對只需要一個電平跳變有效的操作信號的器件：通常需外接門電路加以實現(xiàn)。1.2設(shè)計整機邏輯框圖根據(jù)設(shè)計要求，對實驗儀硬件資源進行邏輯剪輯組合，便可設(shè)計出該實驗計算機

15、的整機邏輯框圖(圖1-1)。實驗整機由運算器模塊，寄存器堆模塊，內(nèi)存模塊，微程序控制模塊有序組合而成。其中運算器模塊（ALU）主要由累加器、運算器、累加器暫存器、暫存器、輸出緩沖器，以及進位產(chǎn)生線路、累加器判零線路等構(gòu)成；內(nèi)存模塊為用戶提供有效的內(nèi)存空間；寄存器模塊由兩片74670組成，提供4個8位寄存器；微程序控制模塊主要由11位微地址計數(shù)器MPC（74163x3）、2Kx24 bit的控存CM（6116x3），以及24位微指令寄存器MIR(74377x3)組。圖1-1整機邏輯框圖1.3設(shè)計指令系統(tǒng)一、 指令類型指令系統(tǒng)含以下類型指令：1算術(shù)運算類指令A(yù)DD A , Ri2帶進位移位操作類指

16、令SRCA3數(shù)據(jù)傳送類指令通常指CPU內(nèi)部寄存器之間傳送或累加器與寄存器間的數(shù)據(jù)傳送指令。MOVAi, RiMOVA , #data4程序跳轉(zhuǎn)控制類指令跳轉(zhuǎn)指令分無條件必轉(zhuǎn)和有條件跳轉(zhuǎn)。JMPaddrJCaddr5.存儲器操作類指令即存儲器讀、寫指令。一般指的是把內(nèi)存某單元內(nèi)容讀到累加器或?qū)⒗奂悠鲀?nèi)容寫入某內(nèi)存單元。LDAaddr；（addr）-ASTAaddr；(A)-addr二、 指令操作數(shù)尋址方式及其編碼對于運算器采用多累加器結(jié)構(gòu)的實驗計算機，其指令系統(tǒng)操作數(shù)尋址方式有有多種。需確定實驗計算機的指令系統(tǒng)具體由哪些指令組成，包含哪幾種類型指令，指令操作數(shù)有哪幾種尋址方式，以及指令編碼等。這

17、要兼顧必要性（編程方便）和可行性（硬件條件）。1、 直接地址尋址11位操作數(shù)地址由指令第一字節(jié)低3位和指令第二字節(jié)8位構(gòu)成。例：LDA addr ；(addr)-A； STA addr； (A)-addr； 第一字節(jié) 第二字節(jié)a10a9a8a7a6a5a4a3a2a1a0 操作碼，Bx選擇碼 11位形式地址2、 立即數(shù)尋址雙字節(jié)指令MOV Ai,#data ；data-Ai指令第一字節(jié)中含有一個累加器選擇碼段。 第一字節(jié) 第二字節(jié) 操作碼及Ai選擇碼 8位立即數(shù)data3、 寄存器直接尋址 指令（第一）字節(jié)含寄存器選擇碼，決定選哪個寄存器并對其操作。單字節(jié)指令： MOV A，Ri； （Ri）-

18、A； 含操作碼及Ri選擇碼 雙字節(jié)指令： MOV Ri, #data；dataRi第一字節(jié) 操作碼及Ri選擇碼 第二字節(jié) data1.4設(shè)計指令執(zhí)行流程應(yīng)根據(jù)實驗計算機整機邏輯圖來設(shè)計指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程。1、 單字節(jié)指令A(yù)DD A,Ri該指令功能為(A)+(Ri)-A，需執(zhí)行如下微操作： PCO B1 (1) (PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI(2) (M)-ODB-IDB-IR1讀出指令字節(jié)送IR1。 P+1,CK (3) (PC) + 1-PCI PC加1計數(shù)，為取下條指令字節(jié)準備。 CC, CG(4) (A)-ACT讀Ai，經(jīng)IDB送入AC

19、T，為ALU準備好被加數(shù)。 OT,A,B,RR,Cn,M,S3,S2,S1,S0 OB X0,X1,CA(5) (ACT)+(Ri)- -BUF-IDB-A使暫存器TMP輸出高阻，讀Ri寄存器內(nèi)容，使ALU執(zhí)行加法，結(jié)果經(jīng)過BUF送至DB最后送人累加器A。 SA,SB,CP(6) Cn + 4-CY據(jù)加法結(jié)果置進位標志CY。其中，（1）（2）必須在一拍（即取指令周期）內(nèi)完成；（5）（6）也必須同一拍內(nèi)完成；而（4）不可以和（5）（6）在同一拍，但可以和（1）（2）在同一拍；（3）可以和（1）（2）合一拍也可以與（5）（6）合一拍；也可以把（3）、（4）單獨一拍，甚至（3）和（4）各一拍也可以。

20、具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）(4)T1（第二拍）：（5）（6） 2、 單字節(jié)指令MOV A, Ri該指令功能為(Ri)-A，需執(zhí)行如下微操作： PCO B1 （1） (PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI（2）（M）-ODB-IDB-IR1取出本指令第一字節(jié)送IR1。 P+1,CK（3） (PC) + 1-PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準備。 RR,A,B,Cn,M,S3,S2,S1,S0 OB BI（4）(Ri)-BUF-IDB-IR2讀Ai內(nèi)容經(jīng)ALU傳送到IDB，存入IR2。 OI BI （5）I2,I1,I0(IR2)-IAB-

21、OAB由IR1低3位和IR2的8位形成11位操作數(shù)尋址 。 RC B2,B3 （6）(M) -ODB-IDB-A從內(nèi)存讀出操作數(shù)送入累加器A。其中（1）（2）必須同一拍；（4）須一拍；（5）（6）也必須同一拍；（3）可以單獨一拍或和（1）（2）合一拍或和（4）合一拍；具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）T1（第二拍）：（4）T2（第三拍）：（5）（6）3、 單字節(jié)指令SRC A ;該指令功能為累加器A內(nèi)容帶進位CY右環(huán)移一位，需執(zhí)行如下微操作： PCO B1 （1） (PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI（2）（M）-ODB-IDB-IR1 取出本

22、指令第一字節(jié)送IR1。 P+1,CK（3） (PC) + 1-PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準備。 X0,X1,CA,SB,SA,CP（4） （A），CY-A,CY控制累加器A內(nèi)容帶到進位CY右環(huán)移一位。其中（1）（2）必須同一拍；（3）可以和（1）（2）合一拍；（4）可以單獨一拍； 具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）T1（第二拍）：（4）4、雙字節(jié)指令 MOV Ai,#data 該指令功能為Data-Ai，需執(zhí)行如下微操作： PCO B1 （1） (PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI（2）（M）-ODB-IDB-IR1取出本指令第一字節(jié)送

23、IR1。 P+1,CK（3） (PC) + 1-PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準備。 PCO B1（4）(PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CL（5）(M)-ODB-IDB-IR2取出本指令第二字節(jié)送IR2。 P+1,CK（6）(PC) + 1-PCIPC加1，為取下一指令字節(jié)準備。其中（1）（2）必須同一拍；（4）（5）也必須同一拍；（3）可以單獨一拍或和（1）（2）合一拍；（6）可以單獨一拍或和（4）（5）合一拍。具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）T1（第二拍）：（4）（5）（6）5、雙字節(jié)指令LDA addr 該指令功能為(addr)-A，需執(zhí)

24、行如下微操作： PCO B1 （1）（PC）-IAB -OAB1根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI（2）（M）-ODB-IDB-IR1取出本指令第一字節(jié)送IR1。 P+1,CK（3） (PC) + 1-PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準備。 PCO B1（4）(PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CL（5）(M)-ODB-IDB-IR2取出本指令第二字節(jié)送IR2。 P+1,CK（6）(PC) + 1-PCIPC加1，為取下一指令字節(jié)準備。 OI BI（7） I2,I1,I0(IR2)-IAB-OAB 由IR1低3位和IR2的8位形成11位操作數(shù)地址。 R

25、C B2,B3 CT（8） (M)-ODB-IDB-TMP 從內(nèi)存讀出操作數(shù)存入TMP。 OT,/Cn,M,S3,S2,S1,S0,X0,X1,CA(9) (TMP)-A TMP內(nèi)容ALU存入A。其中（1）（2）必須同一拍；（4）（5）也必須同一拍；（7）（8）也必須同一拍；（3）可以單獨一拍或和（1）（2）同一拍；（6）可單獨一拍也可和（4）、（5）合一拍或者和（7）（8）合一拍。（9）可以單獨一拍也可以和（7）（8）合一拍。具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）T1（第二拍）：（4）（5）（6）T2（第三拍）：（7）（8）（9）6、雙字節(jié)指令STA addr該指令功能為(A)-a

26、ddr，需執(zhí)行如下微操作： PCO B1 （1）（PC）-IAB -OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI（2）（M）-ODB-IDB-IR1取出本指令第一字節(jié)送IR1。 P+1,CK（3） (PC) + 1-PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準備。 PCO B1（4）(PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CL（5）(M)-ODB-IDB-IR2取出本指令第二字節(jié)送IR2。 P+1,CK（6）(PC) + 1-PCIPC加1，為取下一指令字節(jié)準備。 OI BI（7） I2,I1,I0(IR2)-IAB-OAB 由IR1低3位和IR2的8位形成11位操作數(shù)

27、地址。 RC B2,B3 WR,A,B（8） (M)-ODB-IDB-A 從內(nèi)存讀出操作數(shù)存入A 。其中（1）（2）必須同一拍；（5）（6）也必須同一拍；（7）（8）也必須同一拍；（3）可以單獨一拍或和（1）（2）同一拍；（6）可單獨一拍也可和（4）、（5）合一拍或者和（7）（8）合一拍。具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）T1（第二拍）：（4）（5）（6）T2（第三拍）：（7）（8）7、雙字節(jié)指令JC addr 該指令功能為若CY=1則addr-PC,否則PC加1 ，需執(zhí)行如下微操作： PCO B1 （1） (PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI

28、（2）（M）-ODB-IDB-IR1取出本指令第一字節(jié)送IR1。 P+1,CK（3） (PC) + 1-PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準備。 PCO B1（4）(PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CL（5）(M)-ODB-IDB-IR2取出本指令第二字節(jié)（即addr低8位）送IR2。 P+1,CK（6）(PC) + 1-PCIPC加1，為取下一指令字節(jié)準備。 OI LP（7） I2,I1,I0(IR2)-IAB-PC由IR1低3位和IR2的8位形成轉(zhuǎn)移地址送程序計數(shù)器PC。其中（1）（2）必須同一拍；（4）（5）也必須同一拍；（7）單獨一拍；（3）可以單獨一拍或和

29、（1）（2）合一拍；（6）是冗余操作。具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）T1（第二拍）：（4）（5）（6）T2（第三拍）：（7）8、雙字節(jié)指令JMP addr 該指令功能為Addr-PC ，需執(zhí)行如下微操作： PCO B1 （1） (PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CI,GI（2）（M）-ODB-IDB-IR1取出本指令第一字節(jié)送IR1。 P+1,CK（3） (PC) + 1-PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準備。 PCO B1（4）(PC)-IAB-OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。 RC B2,B3 CL（5）(M)-ODB-IDB-IR2取出本指令第二字

30、節(jié)（即addr低8位）送IR2。 P+1,CK（6）(PC) + 1-PCIPC加1，為取下一指令字節(jié)準備。 OI LP（7） I2,I1,I0(IR2)-IAB-PC由IR1低3位和IR2的8位形成轉(zhuǎn)移地址送程序計數(shù)器PC。其中（1）（2）必須同一拍；（4）（5）也必須同一拍；（7）單獨一拍；（3）可以單獨一拍或和（1）（2）合一拍；（6）是冗余操作。具體方案如下：T0（第一拍）：（1）（2）（3）T1（第二拍）：（4）（5）（6）T2（第三拍）：（7）1.5確定微操作控制信號及其變現(xiàn)方法本設(shè)計階段任務(wù)是綜合實驗計算機指令系統(tǒng)各指令執(zhí)行流程中涉及到的微操作控制信號，統(tǒng)計總共需多少個微操作控制

31、信號，每個信號的有效性，決定這些信號中哪些由軟件（微指令）直接產(chǎn)生，哪些需用硬件（TTL）實現(xiàn)。1、ALU的操作控制信號Cn、M、S3、S2、S1、S0可由某6位微指令碼直接控制；運算器模塊中暫存器TMP的操作控制信號CT和OT也都是電平有效，故也可用某兩位微碼控制。2、內(nèi)存的讀控制信號RC宜采用負脈沖，以保證內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)的可靠性：可以用“與非”門實現(xiàn) RC=/（Mi*） 或者用“或”門實現(xiàn) RC=Mi+/ 若采用式，則Mi為“1”有效；若采用式，則Mi為“0”有效；3、累加器A（74198）的操作至少需要X0、X1和CA 3個控制信號，其中XO、X1是電平有效，CA是電平正跳變有效。我們不妨

32、把CA固定接（后沿有效），XO、X1分別由微碼Mi、Mj控制；指令寄存器IR1(74377)的接數(shù)有GI和CI兩個控制信號。當GI為“0”且CI電平正跳時IR1接數(shù)。我們可把CI固定接（后沿有效），而GI由某位微碼控制產(chǎn)生；對數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)送器件74245，它的操作B2,B3需兩個電平型控制信號。我們可以把B3固定接RF使運行時允許74LS245傳送，而傳送方向控制信號B2則另處理4、運算器模塊中的進位觸發(fā)器CY（74LS74），它的接數(shù)條件僅是CP當CP電平正跳時CY接收其D端數(shù)據(jù)：可以用“與”門實現(xiàn) CP=/（Mi*） 或者用“或”門實現(xiàn) CP=Mi+/ 若采用式，則Mi為“1”有效；若采用式

33、，則Mi為“0”有效；表1-1微操作控制信號及其實現(xiàn)方法指令助記符微操作控制信號控制信號有效性MOV Ai #data(PC)-IAB-OAB(M)-ODB-IDB-Ri(PC)+1-PCPCO,B1RC,B2,B3,WR,A,BP+1,CK0,00,0,0,0, I1,I01,MOV A,Ri(Ri)-BUF-IDB-IR2RR,A,B,OB,CLCn,M,S2,S2,S1,S00,I1,I0,0 1,1,1,0，0，0(IR2,IR2)-IAB-OAB(M)-ODB-IDB-AO1,B1RC,B2,B3,X0,X1,CA0,00,0,0,1,1LDA addr(PC)-IAB-OAB(M)

34、-ODB-IDB-IR2(PC)+1-PCPCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,01(IR1,IR2)-IAB-OAB(M)-OAB-1DB-AO1,B1RC,B2,B3,XO,X1,CA0,00,0,0,1,1,STA addr(PC)-IAB-OAB(M)-ODB-IDB-IR2(PC)+1-PCPCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,01,(IR1,IR2)-IAB-OAB(ACT)-BUF-IDB-ODBO1,B1Cn,M,S3,S2,S1,S0OB,B2,B3,WC0,01,0,0,0,0,00,1,0,0JC addr(PC)-IAB-OA

35、B(M)-ODB-IDB-IR2(PC)+1-PCPCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,01JMP addr(PC)-IAB-OAB(M)-ODB-IDB-IR2(PC)+1-PCPCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,01SRC A(PC)-IAB-OAB(M)-ODB-IDB-IR2(PC)+1-PC(ACT)-BUF-IDB-RIRR,A,BCn,M,S2,S2,S1,S0OB,X0,X1,CA0,I1,I01,1,1,0,1,00,1,1,1.6設(shè)計微指令格式微指令長24位，若微指令采用全水平不編碼純控制場的格式，那么至多可有24個微操作控制信

36、號可由微碼直接實現(xiàn)。如果采用分組編碼譯碼，那么n位微碼通過二進位譯碼可實現(xiàn)2n個互斥的微操作控制信號（即它們不可能在同一節(jié)拍內(nèi)激活）。本階段設(shè)計任務(wù)是決定雙位長的微指令是否分段定義、各段段長；決定微指令各碼位含義和有效性；對其中尚需用硬件作后繼處理的信號加以注明如 M0RC，表示對M0尚需作后繼處理才能產(chǎn)生有效的RC信號（注：RC為讀內(nèi)存控制信號，負脈沖有效）。對于那些允許同時有效且有效性一致的微操作控制信號可以合用一個微碼表示。表 1-2 微指令格式設(shè)計表指令助記符號位23 22 21 201918 17 1615 14 13 1211 10 9 87 6 5 43 2 1 0信號S3 S2

37、 S1 S0Cn M X1 X0OI CL CP SCG OT LP OBGI P+1 DR MLD WC RC RR WR有效電平* * * * * * *0 1 1 *0 0 0 00 1 0 00 0 0 1微地址0 0 0 00 0 0 01 0 0 00 1 1 10 1 1 01 0 1 0取消微指令000H0 0 0 00 0 0 01 0 0 00 1 1 10 1 1 01 0 1 0001002ADD Ai,Aj0030 0 0 00 0 0 01 0 0 00 1 1 11 0 1 11 1 0 00041 0 0 10 0 1 11 0 0 11 0 1 1 1 0 1 10 1 0 00050 0 0 00 0 0 01 0 0 01 1 1 01 0 1 01 1 1 1006MOV Ai,Aj0070 0 0 00 0 1 1 1 0 1 00 1 1 11 0 1 11 1 0 00080 0 0 00 0 0 01 0 1 11 1 1 01 0 1 01 1 1 10090 0 0 00 0 0 01 0 0 01 1 1 01 0 1 01 1 1 100ASL Ai,Aj0