數(shù)字集成系統(tǒng)第一次作業(yè)

一，指令設(shè)計原理指令的格式為：第一個操作數(shù)地址第二個操作數(shù)地址運(yùn)算結(jié)果為負(fù)時的轉(zhuǎn)移地址其執(zhí)行過程如下： 從第二個操作數(shù)中減去第一個操作數(shù)，并把運(yùn)算結(jié)果存儲在第二個操作數(shù)的地址中如果減法運(yùn)算得到的結(jié)果為負(fù)數(shù)，則轉(zhuǎn)移到指定的地址繼續(xù)執(zhí)行，否則執(zhí)行下面地址中的指令如果轉(zhuǎn)移到地址0,則停止URISC的運(yùn)行其處理器的數(shù)據(jù)單元示意圖如下所示PCOUTPCIN程呼序數(shù)器PCRIN奇存器RCOMP蚊據(jù)寄仔臨MDRMDROUTJ地址有存器MARMARINWRITEPCOUTPCIN程呼序數(shù)器PCRIN奇存器RCOMP蚊據(jù)寄仔臨MDRMDROUTJ地址有存器MARMARINWRITEfREADMIDRINBUSA存儲器RAMbuse一條指令執(zhí)行時，可分為九個狀態(tài)，即九個始終周期：在狀態(tài)0，先通過設(shè)置控制信號pcout和marin為1把指定地址加載到地址寄存器mar中。由于comp和cin全為0,所以pc中的數(shù)值通過總線與常數(shù)0相加后傳遞到總線bus_b,mar為1使得總線bus_b上的數(shù)值加載到mar，即把當(dāng)前指令的第一字節(jié)加載到地址寄存器mar中。由于設(shè)定了控制信號zend,如果pc值為0,則控制序列會在狀態(tài)0無限執(zhí)行，這時稱為URISC處理器的動態(tài)掛起，以下討論全假定pc值不為0.由于read為1,所以這一狀態(tài)把mar指出的地址的內(nèi)容讀入數(shù)據(jù)寄存器mdr,即把第一個數(shù)的地址讀到數(shù)據(jù)寄存器mdr中（2） 在狀態(tài)1,由于把mdrout和marin設(shè)置為1,這時數(shù)據(jù)寄存器mdr中的數(shù)據(jù)經(jīng)過bus_a,加法器和bus_b進(jìn)入地址寄存器mar,對于這一狀態(tài)仍設(shè)定了讀控制信號read，所以此時把mar指明的地址中的內(nèi)容讀入數(shù)據(jù)寄存器mdr（3） 在狀態(tài)2,設(shè)定控制信號mdrout和rin為1,使得數(shù)據(jù)寄存器mdr中的數(shù)據(jù)進(jìn)入寄存器r（4） 在狀態(tài)3,讀第二個操作數(shù)的地址。首先因?yàn)榭刂菩盘杙cout和cin為1,加法器對pc值加1。因?yàn)榭刂菩盘杙cin和marin為1,加法器運(yùn)算的結(jié)果被同時送入程序計數(shù)器pc和地址寄存器mar。由于讀控制信號read為1,此時將mar指明的地址內(nèi)容讀入數(shù)據(jù)寄存器mdr（5） 在狀態(tài)4,由于控制信號mdrout和marin為1,數(shù)據(jù)寄存器mdr中的內(nèi)容經(jīng)過bus_a，加法器和bus_b進(jìn)入地址寄存器mar。由于這一狀態(tài)仍設(shè)定了讀控制信號read,所以此時把mar指明的地址內(nèi)容讀入數(shù)據(jù)寄存器mdr（6） 在狀態(tài)5,控制信號mdrout,comp和cin為1,使得加法器從第二個操作數(shù)中減去寄存器r中的內(nèi)容。由于設(shè)定了控制信號mdr,減法運(yùn)算的結(jié)果被送回到數(shù)據(jù)寄存器mdr。同時由于設(shè)定了控制信號min，如果減法運(yùn)算得到負(fù)結(jié)果，標(biāo)志寄存器n會被置位。由于在狀態(tài)4中為地址寄存器mar設(shè)定的數(shù)值并沒有被改變，所以寫控制信號write為1使得把數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容重新寫入原第二個操作數(shù)的地址。（7） 在狀態(tài)6,把減法運(yùn)算得到負(fù)值時的轉(zhuǎn)移地址讀入數(shù)據(jù)寄存器mdr。由于設(shè)定了控制信號pcout,cin和pcin，所以加法器將程序計數(shù)器pc的值加1后送回到pc,即pc指向了當(dāng)前指令的第三個字節(jié)。同時由于設(shè)定了控制信號marin,所以pc的新值也被送入地址寄存器mar。讀控制信號read使得把當(dāng)前指令的第三個字節(jié)讀入數(shù)據(jù)寄存器mdr。（8） 狀態(tài)7,增加pc，使它指向下一條指令的第一個字節(jié)。由于設(shè)定了控制信號pcout,cin和pcin,所以加法器將程序計數(shù)器pc的值加1后送回到pc，即pc指向了下一指令的第一個字節(jié)。這時還可能出現(xiàn)兩種情況：如果在狀態(tài)5中做減法運(yùn)算時沒有產(chǎn)生負(fù)結(jié)果，即沒有把標(biāo)志寄存器n置為1,則由于這時設(shè)定了控制信號nnend，控制序列返回到狀態(tài)0,重新開始執(zhí)行一條新指令。亦即減法運(yùn)算得到非負(fù)結(jié)果時，URISC處理器繼續(xù)執(zhí)行下一條指令。如果在狀態(tài)5中設(shè)置了標(biāo)志位n,即減法運(yùn)算得到了負(fù)結(jié)果，則轉(zhuǎn)移到狀態(tài)8.（9） 狀態(tài)8,把數(shù)據(jù)寄存器mdr中的數(shù)據(jù)復(fù)制到程序計數(shù)器pc之后控制單元轉(zhuǎn)狀態(tài)0重新執(zhí)行一條新指令。由于將控制信號mdrout和pcin設(shè)定為1,數(shù)據(jù)寄存器mdr中的數(shù)據(jù)經(jīng)bus_a,加法器和bus_b被復(fù)制到pc。然后，控制單元返回到狀態(tài)0.二.電路的結(jié)構(gòu)整個處理器的結(jié)構(gòu)可以用下所示框圖來表示：

IMh而其中數(shù)據(jù)單元du內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖如下所示控制單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下所示三.仿真波形Ram中的存儲數(shù)據(jù)如下表所示:地址數(shù)據(jù)00000000000000000000000100000111000000100000100000000011000000000000010000001001000001010000101000000110000000000000011100000001000010000000001000001001000000100000101000000001第一個指令周期為：opl地址為07,opl為01,op2地址為08,op2為02,op2-op1結(jié)果為非負(fù)，繼續(xù)往下執(zhí)行第二個指令周期為：op1地址為09,op1為02,op2地址為0A,op2為01,op2-op1結(jié)果為負(fù)，跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)0而仿真的波形如下圖所示：■00皿偵co,口煙11.050.000,1]00^JTTU~7資1ill