計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

實(shí)用文案前 言隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展，直接推動(dòng)了我們對計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)這門課程的學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)總體上是由軟件和硬件組成。硬件是物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有良好的硬件，軟件將無法發(fā)揮作用；軟件是靈魂，沒有軟件，計(jì)算機(jī)就無法工作，軟件不良，計(jì)算機(jī)也無法高效率地工作。計(jì)算機(jī)的硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備構(gòu)成。計(jì)算機(jī)的軟件主要由系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件組成。程序預(yù)先存放在存儲器中，計(jì)算機(jī)工作時(shí)能自動(dòng)高速地從存儲器中取出指令和數(shù)據(jù)加以執(zhí)行。計(jì)算機(jī)是通過執(zhí)行指令來處理各種數(shù)據(jù)的。為了指出數(shù)據(jù)的來源、操作結(jié)果的去向及所執(zhí)行的的操作，一條指令一般包括操作碼、操作數(shù)地址、操作結(jié)果的存儲地址、下一條指令的地址。操作碼具體說明操作的性質(zhì)和功能。一臺計(jì)算機(jī)可能有幾十條至幾百條指令，每一條指令都有一個(gè)相應(yīng)的操作碼，計(jì)算機(jī)通過識別該操作碼來完成不同的操作。操作數(shù)的地址——CPU通過該地址就可以取得所需的操作數(shù)。 把對操作數(shù)的處理結(jié)果保存在操作結(jié)果存儲地址中以便再次使用。計(jì)算機(jī)的性能與它的指令系統(tǒng)有很的關(guān)系，而指令系統(tǒng)的設(shè)置又與機(jī)器的硬件密切相連。在本次課程設(shè)計(jì)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(jì)、指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、確定微操作控制信號等，設(shè)計(jì)的一臺小型的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)，能基本實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案目 錄前言·任務(wù)書·第1章 實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)1.1確定設(shè)計(jì)總要求··1.2設(shè)計(jì)整機(jī)邏輯框圖··1.3設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)··1.4設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程··1.5確定微操作控制信號及其實(shí)現(xiàn)方法··1.6設(shè)計(jì)微指令格式··1.7確定微程序控制方式··1.8編寫指令的微程序··1.9設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)接線表··1.10 編寫調(diào)試程序··1.11 編寫應(yīng)用程序··第2章實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的組裝2.1器件排列·標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案2.2信號連接·2.3實(shí)驗(yàn)接線板安裝··第3章實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的調(diào)試3.1調(diào)試準(zhǔn)備·3.2程序調(diào)試·第4章實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的故障的排除··4.1故障的類型和原因··4.2故障的分析查找··小結(jié)·參考文獻(xiàn)·本科生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案2008 屆 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程 系計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 專業(yè)Ⅰ 課程設(shè)計(jì)題目： 實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)利用FD—CES實(shí)驗(yàn)儀提供的硬件資源（功能模塊、控制臺及外設(shè)等），按設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試等步驟研制一臺微程序控制的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)。Ⅱ 原始資料、《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》教材課程設(shè)計(jì)任務(wù)內(nèi)容課程設(shè)計(jì)的目的意義：通過課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)同學(xué)們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，使同學(xué)們達(dá)到以下能力訓(xùn)練：錯(cuò)誤!未找到引用源。、調(diào)查研究、分析問題的能力；錯(cuò)誤!未找到引用源。、使用設(shè)計(jì)手冊、技術(shù)規(guī)范的能力；錯(cuò)誤!未找到引用源。、查閱中外文獻(xiàn)的能力；錯(cuò)誤!未找到引用源。、制定設(shè)計(jì)方案的能力；錯(cuò)誤!未找到引用源。、計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力；標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案錯(cuò)誤!未找到引用源。、設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖的能力；錯(cuò)誤!未找到引用源。、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析能力；錯(cuò)誤!未找到引用源。、語言文字表達(dá)的能力。本課題研究的主要內(nèi)容:研制一臺性能如下的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)：（1）不使用外設(shè)。（2）運(yùn)算器采用單累加器多通用寄存器結(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)I7I6I5 I4I3 I2 I1I000000X Ai ADDA ,Ri (A)+(Ri)->Ai標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案指令編碼助記符 指令功能第一字節(jié) 第二字節(jié)00001X Ai MOVA,Ri (Ri)->(A)(A)帶進(jìn)位C又環(huán)移00010X XX00011XXX001000a9a8001010a9a8

d7-d0a7-a0a7-a0

SRCA一位MOVA，＃data->AdataLDAaddr (addr)->ASTAaddr (A)->addr若 CY=1addr->PC0011000 a9a8 a7-a0 JCaddr,否則PC+1001110 a9a8 a7-a0 JMP addr addr->PC（5）能執(zhí)行雙字加法程序 (程序自編)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案第1章 實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)1.1 確定設(shè)計(jì)總要求不使用外設(shè)。運(yùn)算器采用多單累加器多通用寄存器結(jié)構(gòu)。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。計(jì)算機(jī)共有8條指令，下列7種功能的指令：算術(shù)加法指令——ADD數(shù)據(jù)傳送指令——MOV進(jìn)位位置1指令——SRC存儲器讀操作指令——LDA存儲器寫操作指令——STA程序無條件跳轉(zhuǎn)指令——JMP標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令—— JC微操作控制信號的實(shí)現(xiàn)1）對于電平有效的微操作控制信號，通常可由微指令碼直接實(shí)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(shí)現(xiàn)。3）對需要多個(gè)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(gè)微操作控制信號同時(shí)有效。對此，通?？蓪⑵渲心硞€(gè)（某些）信號事先固定準(zhǔn)備好。4）對只需要一個(gè)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(shí)現(xiàn)。1.2 設(shè)計(jì)整機(jī)邏輯框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對實(shí)驗(yàn)儀硬件資源進(jìn)行邏輯剪輯組合，便可設(shè)計(jì)出該實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的整機(jī)邏輯框圖(圖1-1)。實(shí)驗(yàn)整機(jī)由運(yùn)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(yùn)算器模塊（ ALU）主要由累加器、運(yùn)算器、累加器暫存器、暫存器、輸出緩沖器，以及進(jìn)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(gè)8位寄存器；微程序控制模塊主要由 11位微地址計(jì)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。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案ODB（8（（R2R3ODB（8（（X1IR1IR2X2ACICLSRR7437474374SLGI7419874670CABUFFERCCOB74245I7~I0OICGACTTMP743777437374157×3S0ABCKPCS1LPS2ALU×S3×CLCn741872MCnFPC0LAB（11（（RRRB174153SASBD7474 OAB(11（)CP CKQ圖1-1整機(jī)邏輯框圖1.3 設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)一、指令類型

M23~M0MIR MICPRCWCMIGCM23~CM0（（CMMPCMICPMLD1MCLKMD10~MD0標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案指令系統(tǒng)含以下類型指令：算術(shù)運(yùn)算類指令A(yù)DDA，Ai,移位操作類指令SRC A數(shù)據(jù)傳送類指令MOVA，RiMOV A,#data程序跳轉(zhuǎn)控制類指令JMPaddrJC addr存儲器操作類指令LDA addrSTA addr二、指令操作數(shù)尋址方式及其編碼對于運(yùn)算器采用多累加器結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)，其指令系統(tǒng)操作數(shù)尋址方式有有多種。需確定實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)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）。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案1、直接地址尋址LDAiaddr；(addr)->Ai指令第一字節(jié)低3位和指令第二字節(jié)8位構(gòu)成11位操作數(shù)地址，指令第一字節(jié)高5位含有累加器Ai選擇碼段。第一字節(jié)第二字節(jié)a1a9a8a7a6a5a4a3a2a1a00操作碼，Bx選擇碼 11位形式地址2、累加器直接尋址單字節(jié)指令MOVA,Ri；(Ri)->(A)指令（第一）字節(jié)含有兩個(gè)累加器選擇碼段，分別用于選擇Ai和Aj。操作碼和Ri選擇碼3、立即數(shù)尋址雙字節(jié)指令MOVA,#data ；data->A指令第一字節(jié)中含有一個(gè)累加器選擇碼段 。第一字節(jié) 第二字節(jié)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案操作碼和Ri選擇碼 8位立即數(shù)data1.4設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)整機(jī)邏輯圖來設(shè)計(jì)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)DDA,Ri 該指令功能為(A)+(Ri)->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。RCB2,B3CI,GI(2)(M)-------------->ODB--------------->IDB--------------->IR1讀出指令字節(jié)送IR1。P+1,CK(3)(PC)+1--------------->PCIPC加1計(jì)數(shù)，為取下條指令字節(jié)準(zhǔn)備。RR,A,B CG(4) (Ai)----------------->IDB------------------>ACT讀Ai，經(jīng)IDB送入ACT，為ALU準(zhǔn)備好被加數(shù)。RR,A,B CT(5) (Aj)---------------->IDB------------------->TMP讀Aj，經(jīng)IDB送入ACT，為ALU準(zhǔn)備好加數(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案OT,A,B,RR,Cn,M,S3,S2,S1,S0(6)(ACT)+(TMP)------------------------------------------------------->AALU執(zhí)行加法，結(jié)果暫存到累加器A。SA,SB,C(7)Cn+4-------------------------->CY據(jù)加法結(jié)果置進(jìn)位標(biāo)志 CY。OBWR,A,B(8)(A)------------->IDB----------------------->Ai累加器內(nèi)容經(jīng)BUF，IDB存入Ai。其中，（1）（2）必須同一拍；（5）（6）也必須同一拍；（5）后可以和（6）（7）同一拍（這是TMP設(shè)置為直通，CT=1，OT=0），但不可以和（4）同一拍；（4）單獨(dú)一拍；（3）可以和（1）（2）合一拍或與（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）（7）T3（第四拍）：（8）2、單字節(jié)指令MOVA,Ri 該指令功能為(Ri) A，需執(zhí)行如下微操作：標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案PCOB1(PC) PC0 IAB B1 OAB 根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(M) RC ODB B2,B3 IDB CI,GI IR1 取出本指令第一字節(jié)送入IR1。(PC)+1 P+1,CK PCI PC加1,為取本指令下一字節(jié)做準(zhǔn)備。(PC) PC0 LAB B1 OAB 根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(Ri) RR,A,B,Cn,M,S3,S2,S1,S0 BUF OB IDB CLIR2 讀Ri內(nèi)容經(jīng)AL送入IDB，存入IR(PC)+1 P+1,CK PCI

PC加1，為取下條指令作準(zhǔn)備。(I2,I1,I0(IR2)) OI IAB BI OAB將寄存器內(nèi)容送入外部數(shù)據(jù)線。(M) RC ODB B2,B3 IDB CL A從內(nèi)存中把數(shù)據(jù)送入 A中。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(dú)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）標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案3、雙字節(jié)指令 MOVA,#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 IR1。P+1,CK（3）(PC)+1-------------------->PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準(zhǔn)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(zhǔn)備。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案其中（1）（2）必須同一拍；（4）（5）也必須同一拍；（3）可以單獨(dú)一拍或和（1）（2）合一拍；（6）可以單獨(dú)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）4、雙字節(jié)指令LDAA,addr 該指令功能為(addr)->A ，需執(zhí)行如下微操作：PCPC0IABB1OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(M)RCODBB2,B3IDBCI,GIIR1取出本指令第一字節(jié)送入IR1。(PC)+1P+1,CKPCIPC加1,為取本指令下一字節(jié)做準(zhǔn)備。(PC)PC0LABB1OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(M)RCODBB2,B3IDBCLIR2取出本指令第二個(gè)字節(jié)送入IR2.(PC)+1P+1,CKPCIPC加1，為取下條指令作準(zhǔn)備。(I2,I1,I0(IR2))OIIABBIOAB由IR1低3位和IR2的8位形成11位操作數(shù)地址(M)RCODBB2,B3IDBCLTMP從內(nèi)存中讀出操作數(shù)存入TMP。(TMP) OT,Cn,M,S3,S2,S1,S0,X1,X0,CA A TMP內(nèi)容經(jīng)ALU存入A。。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案其中（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(dú)一拍或和（1）（2）同一拍；（6）可單獨(dú)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）5、雙字節(jié)指令STAA,adder 該指令功能為(Ai)->addr ，需執(zhí)行如下微操作：PC PC0 IAB B1 OAB 根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(M) RC ODB B2,B3 IDB CI,GI IR1 取出本指令第一字節(jié)送入IR1。(PC)+1 P+1,CK PCI PC加1，為取下一字節(jié)作準(zhǔn)備。(PC) PC0 LAB B1 OAB 根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(M) RC ODB B2,B3 IDB CL IR2 取出本指令第二個(gè)字節(jié)送入IR2.(PC)+1 P+1,CK PCI PC加1，為取下條指令作準(zhǔn)備。(I2,I1,I0(IR2)) OI IAB BI OAB由IR1低3位和IR2的8位形成11位操作數(shù)地址標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案(A) RC ODBB2,B3 IDB CT TMP從內(nèi)存讀出操作數(shù)存入TMP。(TMP) OT,Cn,M,S3,S2,S1,S0,X1,X0,CA (M) TMP內(nèi)容經(jīng)ALU存入內(nèi)存.JMPaddrPCPC0IABB1OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(M)RCODBB2,B3IDBCI,GIIR1取出本指令第一字節(jié)送入IR1。(PC)+1P+1,CKPCIPC加1，為取下一字節(jié)作準(zhǔn)備。(PC)PC0LABB1OAB根據(jù)PC訪問內(nèi)存。(M)RCODBB2,B3IDBCLIR2取出本指令第二個(gè)字節(jié)送入IR2.(PC)+1P+1,CKPCIPC加1，為取下條指令作準(zhǔn)備。(I2,I1,I0(IR2))OIIABBIPC由IR1低3位和IR2的8位形成轉(zhuǎn)移地址送入PC>Ai從內(nèi)存讀出操作數(shù)存入 Ai。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(dú)一拍或和（1）（2）同一拍；（6）可單獨(dú)一拍也可和（4）、（5）合一拍或者和（7）（8）合一拍。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案具體方案如下：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(zhǔn)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。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案P+1,CK（6）(PC)+1------------------------->PCIPC加1，為取下一指令字節(jié)準(zhǔn)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(jì)數(shù)器 PC。其中（1）（2）必須同一拍；（4）（5）也必須同一拍；（7）單獨(dú)一拍；（3）可以單獨(dú)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）8、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（2）（M）--------------->ODB--------------->IDB--------------->IR1取出本指令第一字節(jié)送 IR1。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案P+1,CK（3）(PC)+1-------------------->PCIPC加1，為取本指令下一字節(jié)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jì)數(shù)器 PC。其中（1）（2）必須同一拍；（4）（5）也必須同一拍；（7）單獨(dú)一拍；（3）可以單獨(dú)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）標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案T1（第二拍）：（4）（5）（6）T2（第三拍）：（7）1.4 確定微操作控制信號及實(shí)現(xiàn)方法本設(shè)計(jì)階段任務(wù)是綜合實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)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(jì)總共需多少個(gè)微操作控制信號，每個(gè)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(shí)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(yùn)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(fù)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(shí)現(xiàn)RC=/（Mi*￠）<1>或者用“或”門實(shí)現(xiàn)RC=Mi+/￠<2>若采用式<1>，則Mi為“1”有效；若采用式<2>，則Mi為“0”有效；3、累加器A（74198）的操作至少需要X0、X1和CA3個(gè)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(gè)控制信號。當(dāng) GI為“0”且CI電平正跳時(shí)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；標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案對數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)送器件 74245，它的操作B2,B3需兩個(gè)電平型控制信號。我們可以把B3固定接RF使運(yùn)行時(shí)允許 74LS245傳送，而傳送方向控制信號 B2則另處理4、運(yùn)算器模塊中的進(jìn)位觸發(fā)器 CY（74LS74），它的接數(shù)條件僅是 CP當(dāng)CP電平正跳時(shí)CY接收其D端數(shù)據(jù)：可以用“與”門實(shí)現(xiàn) CP=/（Mi*￠） <1>或者用“或”門實(shí)現(xiàn) CP=Mi+/ ￠ <2>若采用式<1>，則Mi為“1”有效；若采用式<2>，則Mi為“0”有效；標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案表1-1微操作控制信號及其實(shí)現(xiàn)方法指令助記符微操作控制信號控制信號有效性(PC)->IAB->OABPCO,B10,0ADDARi(M)->ODB->IDB->RiRC,B2,B3,WR,A,B0,0,0,0,I1,I0(PC)+1->PCP+1,CK1,↓(RI)->BUF->IDB->IRRR,A,B0,I1,I0,0↑2CN’,M,S3,1,1,1,0.0.0S2,S1,S0MOVA,Ri(IR1,IR2)->IAB->OI,RI,OABRC,B2,B3,0,0(M)->OAB->IDB-X0,X1,CA0,0,0,1,1>APCO,BI0,0(PC)->IAB->OABRC,B2,B3,0,0,0,(M)->ODB->IDBWR,A,B,1,LDAaddr->IR2P+1,CK(PC)+1->PC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案(IR1,IR2)->IAB->OABOI,BI,0,0(M)->OAB->IDB-RC,B2,B3,0,0,0,1,1,>AX0,X1,CAA->addr(PC)->IAB->OAB0,0(M)->ODB->IDB0,0,0,1,->IR2STA addr(PC)+1->PC(PC)->IAB->OABPCO,B1 0,0JMPaddr (M)->ODB->IDB->IRC,B2,B3,CL0,0,0↑R2P+1,CK 1↓(PC)+1->PC(PC)->IAB->OABPCO,B1 0,0(M)->ODB->IDB->IJC addr RC,B2,B3,CL 0,0,0↑R2P+1,CK 1↓(PC)+1->PC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案(PC)->IAB->OAB(M)->ODB->IDB->IRR,A,B0,I1,I0R2JMPaddrCn,M,S2,S2,S1,S01,1,1,0,1,0(PC)+1->PCOB,X0,X1,CA0,1,1,↑(ACT)->BUF->IDB->RI1.5 設(shè)計(jì)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(gè)微操作控制信號可由微碼直接實(shí)現(xiàn)。如果采用分組編碼譯碼，那么n位微碼通過二進(jìn)位譯碼可實(shí)現(xiàn)2n個(gè)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）。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案本階段設(shè)計(jì)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M0－RC，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(fù)脈沖有效）。對于那些允許同時(shí)有效且有效性一致的微操作控制信號可以合用一個(gè)微碼表示。表1-2微指令格式和指令微程序指位2322211918171514131110976543210令2016128助記信號S3S2CnMOI,CL’CGOTCLP+1WC’RC符S1S0X1X0,CP’LPOBDR,RR,MLDWR’有效電平＊＊＊＊＊＊＊＊０１１＊０００００１００１０１０微地址取址微０００Ｈ００００００００１００００１１１０１１０１０１０指令００１００２ADD003100110111010111010111100標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案Ａ，004000000001000011001101010Ｒi005006MOV007000000001000011101101010A008010001000010001000100010Ri009LDA00A000000000000000000100010addr00B00000000001000100100010000C00DSTA00E000000000001000110001010addr00F010011JMP012100010001000100010001000addr013014SRC015100110011001100110011001016017標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案01AJC01510011001100110011001100101601701A1.6 確定微程序控制方式這階段設(shè)計(jì)任務(wù)包括設(shè)計(jì)各微程序入口地址的形成方法和控存的順序控制（即下地址形成）方法。一、確定微程序入口地址形成方法比較容易的方法是以指令操作馬（ 8位）為核心，擴(kuò)展成 11位的微程序地址即MD10—MD0，這種方法稱為”按操作碼散轉(zhuǎn)”。如果指令系統(tǒng)僅 8條指令，IR1的為指令操作碼，每條指令執(zhí)行不超過4拍，即微程序可由多至 4條微指令組成，見圖 1-2，那么可以按圖 1-3形成各微程序首地址，見表 1-3。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案MPC000H 取指微指令003H007H00BH00FH標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案013H017H------------標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案圖1-2控存分布圖MD10 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0“0” 17 16 15 “1”圖1-3微程序首址形成圖表1-3按指令操作碼散轉(zhuǎn)指令操作碼微程序首址I7I6I5MD10~MD0標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案000003H001007H01000BH01100FH100013H101017H11001BH11101FH二、確定控存的順序控制方法控存的順序控制方法即控存的下地址的確定方法：根據(jù)FD—CES實(shí)驗(yàn)儀提供的微程序控制模塊組成原理， 采用計(jì)數(shù)增量方法。即每段微程序執(zhí)行過程中 MPC加1記數(shù)，指向下一條微指令地址。1.7 編寫各指令的微程序根據(jù)指令流程和微指令格式仔細(xì)地逐條填寫微指令各碼位。表1-4指令系統(tǒng)和指令執(zhí)行流指指指令編碼節(jié)微操作控制信號令令助功記能符標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案拍第一 第二字節(jié) 字節(jié)I7—I0指指指令編碼節(jié)微操作控制信號令令助功記能符拍取T0(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0指微指(M)->ODB->IDB->RC,B2,B3,令I(lǐng)R1CI,GI0,0,0,0(PC)+1->PCP+1,CK(MD)->MPC接數(shù)MLD1,(A)->ACTCC,CG0，0ADDA,Ri(A)+(Ri)000a7-(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0A00Xa0(M)->ODB->IDBRC,B2,B3,0,0,0,1,1,RiT1->RiWR,A,B1,標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案(PC)+1->PCP+1,CK(A)ACT(ACT)+(Ri)ACn+4CYMOV(I7I6000a7-T1(RI)->BUF->IDB-RR,A,B0,I1,I0,0,A,I5(Ri)1X0a0>IR2CN’,M,S3,1,1,0,1,0Ri)->ARiS2,S1,S0T2(IR1,IR2)->IAB->OI,RI,0,0OABRC,B2,B3,0.0.0,1,1,(M)->OAB->IDB-X0,X1,CA>ALDA(addr)-001a7-T1(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0addr>A0Xa0(M)->ODB->IDBRC,B2,B3,0,0,0,a10a9->IR2WR,A,B,1,a8(PC)+1->PCP+1,CKT2(IR1,IR2)->IAB->OABOI,BI,0,0(M)->OAB->IDB-RC,B2,B3,0,0,0,1,1,>AX0,X1,CA標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案MOVdata->000a7-(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0Ri,a00Xa0(M)->ODB->IDBRC,B2,B3,0,0,0,1,1,#dataRiT1->RiWR,A,B1,(PC)+1->PCP+1,CKSRC(A)帶進(jìn)位C右00010XT1(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0環(huán)移一位XX(M)->ODB->IDBRC,B2,B3,0,0,0,->IR1CL1,(PC)+1->PCP+1,CKT2(IR1,IR2)->IABOI0IAB->PCIP1STAA->addr001a7T1(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0addr1X0-a0(M)->ODB->IDBRC,B2,B3,0,0,0,1,a9a8->IR2CL(PC)+1->PCP+1,CK標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案JC若CY=1011a7T1(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0AddrPC000-a0(M)->IDB->ODBRC,B2,B3,0,0,0,否則PC加a9a8->IR1CL1,1(PC)+1->PCP+1,CKT2(IR1,IR2)->IABOI0IAB->PCIP1JMPJMPaddr011a7T1(PC)->IAB->OABPCO,BI0,0Addr10-a0(M)->IDB->ODBRC,B2,B3,0,0,0,a9a8->IR1CL1,(PC)+1->PCIP+1,CKT2(IR1,IR2)->IABOI0IAB->PCIP11.8 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)接線表標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案這張接線表須仔細(xì)設(shè)計(jì)，因?yàn)樗墙M裝實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的依據(jù)，1）為避免遺漏，應(yīng)按模塊逐個(gè)歸納整理，明確個(gè)模塊中個(gè)器件個(gè)控制信號的處理方法。2）對于模塊中不用的器件，也應(yīng)有所處理。例如：某實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)不使用寄存器堆，但仍需對寄存器堆操作的信號作必要的控制，把讀寄存器堆信號RR接“1”（使其無效），以防止實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)流受寄存器堆信息干擾。又如：某實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器不使用暫存器TMP，則務(wù)必將其輸出控制信號OT接“1”（使其無效），以防止實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)信息混亂。再如：某實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)無停機(jī)指令，則應(yīng)把運(yùn)行觸發(fā)器數(shù)據(jù)輸入信號DR接“1”或?qū)⒃撚|發(fā)器接數(shù)脈沖信號 RCP接“1”，以防止實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行中意外停機(jī)。3）盡量減少外接器件，以降低實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)成本、節(jié)省接線時(shí)間、提高實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)可靠性。以下是該實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)組裝接線表。①運(yùn)算器模塊累加器A： X0——M16X1——M17CA——фSR、SL：不用累加器暫存器ACT： CC——ф標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案CG——M5暫存器TMP： CT——“1”O(jiān)T——“0”算術(shù)邏輯單元ALU： Cn——M23M——M22S3——M21S2——M20S1——M19S0——M18輸出緩沖器BUFFER： OB——M8進(jìn)位產(chǎn)生線路： P2、P1、P0：不用SB、SA——“1”CP——M12+ф②寄存器堆模塊：RR——“1”WR、A、B：不用③指令部件模塊指令寄存器IR1：GI——M4CI——ф指令寄存器IR2：CL——M10+фIR1、IR2輸出控制：OI——M11標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案程序計(jì)數(shù)器PC： P+1——M9CLR——“1”LP——CYCK——фPC輸出控制：PCO——M9④內(nèi)存模塊：RC——M14+фWC——M15+ф⑤總線緩沖模塊：B1——RFB2——M3B3——RF⑥微程序控制模塊微程序計(jì)數(shù)器MPC：MCLR——ROMCLK——POMLD——M1操作碼散轉(zhuǎn)控制：MD10-MD4 ——“0”MD3——I7MD2——I6MD1、MD0——“1”微指令寄存器MIR：MIG——M2⑦啟停和時(shí)序模塊：DR——M0標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案RCP——“1”1.9 編寫調(diào)試程序?qū)嶒?yàn)計(jì)算機(jī)調(diào)試程序包括：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。1.9.1調(diào)試存、取及停機(jī)指令表1-5調(diào)試存、取及停機(jī)指令地址指令指令碼備注00255005LDA00280（002）=55=>A00602007STA00AA0（A）=55=>00A地址中0080A009HALTFF停機(jī)00A00鍵入首地址005，按LOAD鍵和連續(xù)運(yùn)行鍵 STRT，查看00A地址單元內(nèi)容，應(yīng)為55H。單拍運(yùn)行（按 STEP鍵）過程顯示如下所示：標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案P9P8P7P6P5（OAB信息）（ODB信息）0.0.5.8.0.0.0.6.0.2.0.0.2.5.5.0.0.7.A.0.0.0.8.0.A.0.0.A.5.5.0.0.9.F.F.7FFFF 調(diào)試加法、右移指令表1-6調(diào)試加法、右移指令地址 指令 指令編碼 備注003 55標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案00BLDA00280（002）=55=>A00C0200DMOVR0，A44（A）=55=>R000ELDA00388（003）=A9=>A00F03010ADDA，R00055+A9=FE（H）011SRCAC4FE右移一位為7F（H）012STA015A0（A）=7F=>01501315014HALTFF01500結(jié)果：（015）=7FH單拍運(yùn)行（按STEP）過程顯示如下所示：標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案P9P8P7P6P5（OAB信息）（ODB信息）0.0.B.8.0.0.0.C.0.2.0.0.2.5.5.0.0.D.4.4.7.F.F.5.5.0.0.E.8.8.0.0.F.0.3.0.0.3.A.9.0.1.0.0.0.7.F.F.F.E.0.1.1.C.4.7.F.F.F.F.0.1.2.A.0.0.1.3.1.5.0.1.5.7.F.0.1.4.F.F.7FFFF表1-7調(diào)試減法、左移指令標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案地址指令指令編碼備注016LDA0028001702018MOVR0，A44019LDA0038801A0301BSUBA，R00401CRLCAC001DSTA020A001E2001FHALTFF020結(jié)果（020）=A8H單拍運(yùn)行（按STEP鍵）過程顯示如下所示：標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案P9P8P7P6P5（OAB信息）（ODB信息）0.1.6.8.0.0.1.70.2.0.0.2.5.5.0.1.8.4.4.7.F.F.5.5.0.1.9.8.8.0.1.A.0.3.0.0.3.A.9.0.1.B.0.4.7.F.F.5.4.0.1.C.C.0.7.F.F.F.F.0.1.D.A.0.0.1.E.2.0.0.2.0.A.8.0.1.F.F.F.FFFF標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案2.11 編寫應(yīng)用程序用實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)編寫實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序：編寫測試用的工作程序，并寫出內(nèi)存映像，用二進(jìn)制表示。然后代碼化用 16進(jìn)制來表示，本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的最終目的是 :能夠執(zhí)行雙字加法程序;********************DSADD********************;本程序?qū)崿F(xiàn)雙字節(jié)有符號數(shù)加法。;入口參數(shù)：被加數(shù)在 SOUH:SOU中，加數(shù)在RLTH:RLT中。;出口參數(shù)：補(bǔ)碼表示的結(jié)果在 SOUH:SOU中,若發(fā)生溢出則 STATUS:C置1,否則為0。;占用資源：W,STATUS,024H,025H,026H,027H,028H, 一重堆棧。IFNDEF DSADD1#DEFINE DSADD1DSADD MOVF RLTH,WXORWF SOUH,WMOVWF TEMP1MOVF RLT,W標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案ADDWF SOU,FMOVF RLTH,WBTFSC STATUS,CINCFSZ RLTH,WADDWF SOUH,FDONE3 MOVF SOUH,WXORWF TEMP1,W ;檢測BIT6有沒有向BIT7進(jìn)位RRF TEMP1,F ;檢測BIT7有沒有進(jìn)位XORWF TEMP1,F ;BIT6的進(jìn)位和BIT7的進(jìn)位相異或RLF TEMP1,WRETURNENDIF第2章 實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的組裝實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的組裝，是指 采用TTL器件實(shí)驗(yàn)板實(shí)施前面設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)接線表。FD－CES實(shí)驗(yàn)儀提供的TTL器件實(shí)驗(yàn)板參見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。在正式組裝前，先檢驗(yàn)將要使用的該實(shí)驗(yàn)接線板，認(rèn)清該板信號接線插座上所標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案標(biāo)符號，檢驗(yàn)將要使用的集成電路型號。2.1 器件排列把要用的集成電路等元器件按功能相對集中地排列， 同一條面包板上的電路插入方向盡可能一致。2.2 信號連線用紅導(dǎo)線將各集成電路“ +5V”連通，用黑導(dǎo)線將各集成電階”地”連通。根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)接線圖表按不同功能部件逐個(gè)連線， 不同模塊或不同類型的信號線可用不同顏色的導(dǎo)線，以便查線和改線。2.3 實(shí)驗(yàn)接線板安裝把實(shí)驗(yàn)接線板安裝通過接插件可靠地安裝到 FD－CES實(shí)驗(yàn)儀上并鎖定。然后用萬能用表電阻檔（最好×1檔）檢查面包板上所插各器件的“+5V”和“地”是否分別和FD－CES的“+5V”和“地”相通，以保證加電后各器件能在正常的電源條件下工作。謹(jǐn)防“+5V”和“地”短路，TTL實(shí)驗(yàn)板上的組裝接線：RR--------------------MIMIG-------------------GNDMD1---------------------+5VA----------------------I0MD10-----------------GNDMD0---------------------+5VB----------------------I1MD9-------------------GNDP+1----------------------M6標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案B1--------B3---------BFMD8-------------------GNDGI------------------------M7DR--------------------M5MD7------------------GNDCI------------------------ФRCP-------------------ФMD6------------------GNDCK-----------------------ФMLD-----------------M4MD5--------------------I7CLR---------------------+