硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理-作業(yè)2

1、 3. 假設(shè)計(jì)算機(jī)組成部件如下圖: 其中, PC:程序計(jì)數(shù)器 IR:指令存放器 AC :累加器 MAR :存儲(chǔ)器地址存放器 MBR :存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖存放器 MEM :主存 補(bǔ)充連接線和相應(yīng)地控制信號(hào)，標(biāo)明單地址指令實(shí)現(xiàn)雙操作數(shù)算術(shù)運(yùn)算的取指和執(zhí)行過程示意, 并用箭頭表示方向。 寫出取指和執(zhí)行(采用隱含尋址方式)過程數(shù)據(jù)通路。 假定一個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)置到 AC中，試寫出ADD L 連接如下圖: (2)取指：PC MAR MEM MBR IR 執(zhí)行：采用累加器 AC ,預(yù)先將一個(gè)操作數(shù)存入 AC中，那么: IR(Addr) MAR MEM MBR AC AC (3) ADD L指令流程:PC IR MAR

2、 MBR AC MEM 解答： 指令的指令流程。 6 4. 一個(gè)簡(jiǎn)化的CPU與主存連接結(jié)構(gòu)示意圖如下: (1) 請(qǐng)寫出a, b, c, d, e, f六個(gè)存放器名稱。 (2) 寫出取指令以及數(shù)據(jù)從主存取出、運(yùn)算、寫回主存的數(shù)據(jù)通路。 (3) 假設(shè)數(shù)據(jù)與結(jié)果單元在主存中，試寫出完成下述指令序列的數(shù)據(jù)通路及指令流程。 100H: LD L 101H: ADD M 102H: ST N L 36H M 37H N 解答： (1) a: MBR; b: MAR; c: IR; d: AC; e: PC; f: PSW (2) 取指流程：PC MAR M IR (置入) 讀出：IR(Addr) MAR

3、M MBR AC To Ti T2 T3 T4 運(yùn)算：AC op MBR 寫回：AC MBR (3) 數(shù)據(jù)通路： 5. 某計(jì)算機(jī)主要部件如下圖: 第一條指令： PC(100H) MAR M IR, PC+1 PC, IR(L) MAR M MBR AC 第二條指令： PC(101H) MAR M IR, PC+1 PC, IR(M) MAR M MBR AC+MBR AC 第三條指令： PC(102H) MAR M IR, PC+1 PC IR(N) MAR AC MBR M (MAR) 指令流程： 即(PC) = 101 即(PC) = 102 PC MAR r M MBR IR PC+1

4、PC IR(L) MAR M MBR AC To Ti T2 T3 T4 LD L PC MAR , r M MBR IR % PC+1 PC r IR(N) MAR f _ AC MBR % MBR M To Ti T2 T3 T5 T4 ST N AC Ro Co -ALU R2 解答： 其中， AC:累加器 Z:暫存器 MAR :存儲(chǔ)器地址存放器 R0 R3:通用存放器 采用單總線結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充各部件之間的連線及相應(yīng)控制信號(hào)(只要求相應(yīng)的 in和out信號(hào))； 分別擬出：LD R0, Addr ; ST Addr, R0 ; ADD R0, Addr指令流程和微操作序列。 IR：指令存放器

5、MBR :存儲(chǔ)器緩沖存放器 PC:指令計(jì)數(shù)器 AC M (MAR) (1) 連接及相應(yīng)控制信號(hào)如下圖: (2) 指令流程和微操作序列: 6. 一雙總線機(jī)器如下列圖所示:PCout； EMAR PCout； MAR in ;R; SMBR; MBR out； IRin C0; ADD ; Zin Zout； PCin IRout； MAR in EMAR ; R; SMBR; MBR out； R0in 其中， Y：輸入存放器 IR：指令存放器 PC:程序計(jì)數(shù)器 MAR :存儲(chǔ)器地址存放器 MBR :存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖存放器 R0 R3:通用存放器 (1) 圖中連線有誤。要求： 實(shí)現(xiàn)取指操作； 按立

6、即尋址、直接尋址、相對(duì)尋址和變址尋址形成操作數(shù)地址; 實(shí)現(xiàn)加操作。 請(qǐng)對(duì)原圖進(jìn)行修改，不能改變?cè)械碾p總線結(jié)構(gòu)。 (2) 擬定ADD addr, R1指令流程。指令功能為： (R1)+(addr) - addr 解答： (1)修改后的連接圖如下所示； 修改時(shí)，注意的幾個(gè)問題： 實(shí)現(xiàn)取指操作，要求通路： PC MAR M MBR IR, PC+1 PC 立即尋址、直接尋址、相對(duì)尋址和變址尋址： 假設(shè)為立即尋址，要求： IR(imm) MBR; 假設(shè)為直接尋址，要求：IR(Addr) MAR直接通路； 假設(shè)為相對(duì)和變址尋址，那么要求 IR(DISP) MBR Y,以便實(shí)現(xiàn): EA=(PC)+DIS

7、P EA=(RX)+DISP (2) ADD addr, R1 指令流程： To Ti T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Tio Tii 7. 某CPU內(nèi)含一個(gè)ALU，四個(gè)通用存放器 R0 R3,兩個(gè)暫存器 C、D,三個(gè)用于控制存放器 PC、IR、 PSW,二個(gè)與主存接口的存放器 MAR、MBR，以及ALU的兩個(gè)輸入選擇器 A、B。 (1) 試畫出CPU內(nèi)部存放器數(shù)據(jù)通路圖 (2) 用存放器級(jí)傳送語言形式如 R0r R1 ,描述指令A(yù)DD (R1), (R2)+讀取指令與執(zhí)行指令流程。指令 格式為:OP DST, RST。 (3) 針對(duì)上述結(jié)構(gòu)，擬定微指令格式，說明各字段功能含義

8、。該微指令應(yīng)能分別按指令操作碼、源尋 址方式、目的尋址方式，實(shí)現(xiàn)程序分支。 解答： (1) CPU內(nèi)部存放器數(shù)據(jù)通路圖如下: PC MBR (2) ADD (R1), (R2) +指令流程 (3) 按功能部件分段，將相斥性微操作放在同一段內(nèi)，而相容性微操作放在不同段內(nèi)。 具體安排如下： AI BI ALU C0 S CPR R W ST SC T0 Ti T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 AI (3位)：選擇ALU的A輸入端，7輸入之一; BI (3位)：選擇ALU的B輸入端，7輸入之一； ALU :選擇ALU操作，由操作確定所選位數(shù)。如果選 74181,可設(shè)5位; S (2 位

9、)：選擇 DM、SR、SL; R：存儲(chǔ)器讀操作； W:存儲(chǔ)器寫操作； ST:輔助字段，如：01開中斷，10關(guān)中斷； SC:順序控制，微地址給出采用隱含方式： 0000:順序執(zhí)行，由 MAR+1給出下一條微指令地址； 0001 :無條件轉(zhuǎn)，由控制字段高位給出全部地址； 0010:由控制字段給出高位地址，低位由 OP斷定； 0011:由控制字段給出高位地址，低位由源尋址方式斷定； 0100:由控制字段給出高位地址，低位由目的尋址方式斷定。 8. 假設(shè)上題中ALU沒有單獨(dú)設(shè)置輸入選擇門 A、B,那么CPU內(nèi)部存放器通路又如何連接，并寫出此時(shí) ADD (R1) , (R2)+ 指令流程。 解答： (1)連接如下圖： ADD (R1) , (R2)+指令流程： ET2 FT0 FTI ST0 STI M MBR C I DT0 DTI ET0 ETI ET2(DT2)RI MAR M MBR D 9. 假設(shè)上題中除ALU沒有單獨(dú)選擇門 A、B夕卜，并采用單總線方式又如何連接，并寫出此時(shí) ADD (R