位CPU綜合設(shè)計計算機組成原理課程設(shè)計

1、西安科技大學(xué)高新學(xué)院計算機組成原理課程設(shè)計題 目 16位CPU綜合設(shè)計 專業(yè)及班級 計算機科學(xué)與技術(shù)06級 組 長 盧燕妮 成 員 趙雯、徐靜蕾、劉佳、王大偉 、焦彤 指 導(dǎo)教 師 溫乃寧 日 期 2009年1月 目 錄1 教學(xué)目的、任務(wù)與實驗設(shè)備11.1 學(xué)習(xí)目的11.2 學(xué)習(xí)任務(wù)12 CPU指令系統(tǒng)的設(shè)計12.1 指令格式12.2 尋址方式22.3 指令類型33 運算器的設(shè)計53.1 SN74181概述63.2 ALU的組成74 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)的建立84.1 部件設(shè)置84.2 總線與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)94.3 各類信息的傳送路徑94.4 微命令的設(shè)置115 組合邏輯控制器的設(shè)計125.1 功能描述

2、和結(jié)構(gòu)125.2 輸入和輸出端口定義125.3 指令譯碼器135.4 時序發(fā)生器165.5 編碼器175.6 微操作信號發(fā)生器186 下載調(diào)試和驗證196.1 實驗接線196.2 連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。206.3 寫微程序和程序206.4 運行程序227 設(shè)計總結(jié)及體會238 參考文獻231 教學(xué)目的、任務(wù)與實驗設(shè)備1.1 學(xué)習(xí)目的從計算機的基本概念、基本組成及基本功能著手，對計算機的各個基本組成部件及控制單元的工作原理進行學(xué)習(xí)，掌握有關(guān)軟、硬件的基本知識，尤其是各基本組成部件有機連接構(gòu)成整機系統(tǒng)的方法，為培養(yǎng)自身對計算機系統(tǒng)的分析、設(shè)計、開發(fā)和使用能力打下基礎(chǔ)。通過本門課程的

3、學(xué)習(xí)，能在自己的腦中建立計算機的整機概念。1.2 學(xué)習(xí)任務(wù)掌握數(shù)字化信息編碼及運算方法，運算器的邏輯構(gòu)成；熟悉半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器基本原理，掌握存儲體系構(gòu)成；掌握尋址和指令系統(tǒng)；熟悉中央處理器組成、時序控制方法，掌握控制器設(shè)計技術(shù)；熟悉系統(tǒng)總線和I/O系統(tǒng)。 設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計要求，分別建立CPU的指令系統(tǒng)，利用運算器設(shè)計實驗結(jié)果，設(shè)計組合邏輯控制器，設(shè)計數(shù)據(jù)通路結(jié)果框圖等。 調(diào)試把設(shè)計結(jié)果下載到實驗版上，通過執(zhí)行指令對設(shè)計進行驗證 實驗設(shè)備 PC機一臺 DVCC試驗箱 各種實驗多需要的跳線，連接線等2 CPU指令系統(tǒng)的設(shè)計2.1 指令格式模型機采用定長的指令格式，每條 指令16位字長，占

4、據(jù)一個存儲單元。由于指令字長有限，采用寄存器尋址，即指令格式給出寄存器號，根據(jù)不同的尋址方式形成相應(yīng)的地址。模型機的指令格式有三類：(1) 雙操作數(shù)值令格式15 12 11 9 8 6 5 3 2 0 操作碼寄存器號尋址方式寄存器號尋址方式 目的寄存器 源寄存器四位操作碼可以表示16種操作。(2) 單操作指令格式15 12 11 6 5 3 2 0操作碼（可擴展）寄存器號尋址方式 目的(3) 轉(zhuǎn)移指令格式 15 12 11 9 8 6 5 4 3 2 1 0操作碼寄存器號尋址方式NZVC 轉(zhuǎn)移地址 轉(zhuǎn)移條件2.2 尋址方式模型機的特點是指令中直接給出寄存器編號，供CPU訪問?？删幊痰募拇嫫靼?/p>

5、寄存器R0 R3，堆棧指針SP，程序計數(shù)器PC，程序狀態(tài)字PSW，針對同一種尋址防護四編碼，指定不同的寄存器，派生出多種不同的尋址方式。模型機的常用的尋址方式：表1 類型編號尋址方式助記符可指定的寄存器定義0型(000)寄存器尋址RR0 R3，SP，PC，PSW寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)1型(001)寄存器間址(R)R0 R3寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)地址2型(010)自減型寄存器尋址-(R)-(SP)R0 R3寄存器內(nèi)容減1后的操作數(shù)地址SP內(nèi)容減1后為堆棧地址3型(011)立即/自增型寄存器尋址(R)+(SP)+(PC)+R0 R3寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)的地址，訪問該地址后寄存器內(nèi)容加1SP內(nèi)容為棧頂?shù)?/p>

6、址，出棧后SP加1PC內(nèi)容為立即數(shù)地址，取數(shù)后PC內(nèi)容加14型(100)直接/間接尋址(R)+(PC)+R0 R3寄存器的內(nèi)容為間接地址，訪問地址后寄存器內(nèi)容加1PC內(nèi)容為間接地址，訪問后PC內(nèi)容加15型(101)變址/相對尋址X(R)X(PC)R0 R3變址寄存器內(nèi)容與形式地址之和為操作數(shù)地址PC內(nèi)容與位移量之和為有效地址6型(110)跳步SKP執(zhí)行再下條指令 在正式編碼中就可以用該表中的類型來指定相應(yīng)的尋址方式。2.3 指令類型根據(jù)模型機的指令格式，操作碼有4位，線設(shè)置了15種指令(其中兩種指令共用一個操作碼)，余下的兩種操作碼組合可以供擴展。按操作數(shù)的多少，把模型機的指令分為雙操作數(shù)指令

7、和單操作數(shù)指令兩大類；按指令本身的功能，把這些指令分為傳送，運算，轉(zhuǎn)移等3類。模型機的指令類型如下表：表2 操作碼助記符含義操作碼助記符含義00000001001000110100010101100111MOVEADDSUBANDOREORCOMNEG傳送加減與或異或求反求補1000100110101011110011001101INCDCSLSRJMPRSTJSR加1減1左移右移轉(zhuǎn)移返回轉(zhuǎn)子 傳送指令MOV可以采用不同的尋址方式來預(yù)置寄存器或者存儲單元，實現(xiàn)見存期和寄存器之間，寄存器與存儲單元，各存儲單元之間的信息傳送，還可以實現(xiàn)堆棧操作POP、PUSH。 雙操作數(shù)指令A(yù)DD、SUB、AND

8、、OR、EOR是帶進位的加和減。其他的是邏輯運算指令，可用來實現(xiàn)位檢測，位清除，位設(shè)置，位修正等操作。 單操作數(shù)指令有COM、NEG、INC、DC、SL、SR他們都是單操作數(shù)指令，可以實現(xiàn)對操作數(shù)的加1減1等操作。 程序控制指令 轉(zhuǎn)移指令JMPJMP是用來實現(xiàn)無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移的。 返回指令RSTRST指令是JMP指令的一個特例，但是RST只能采用自增性寄存器間接尋址表明轉(zhuǎn)移地址，并且指定寄存器為SP，即尋址方式(SP)+，則從堆棧中取出返回地址，然后SP+1。 轉(zhuǎn)子指令JSP執(zhí)行JSP指令時，首先將返回地址壓棧，然后按照尋址方式找到轉(zhuǎn)移地址，把t它送PC中。綜上，得到我們的設(shè)計指令為： L

9、DR Ri，D格式 7 4 3 2 1 00 0 0 0Ri不用D功能： RiM（D）（2） STR Ri，D格式 7 4 3 2 1 00 0 0 1Ri不 用D功能： M（D）（Ri）（3） ADD Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 0 1 0RiRj功能：Ri （Ri） （Rj）（4） SUB Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 0 1 1RiRj功能：Ri （Ri） （Rj）（5） AND Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 1 0 0RiRj功能：Ri （Ri） （Rj）（6） OR Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 1 0 1RiRj功能：Ri （Ri）

10、 （Rj）（7） MUL Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 1 1 0RiRj功能：Ri （Ri）× （Rj）（8） 轉(zhuǎn)移指令格式 7 4 3 2 1 00 1 1 1條件不 用D功能： 條件碼 00 無條件轉(zhuǎn)移 PC D01 有進位轉(zhuǎn)移 PC D10 結(jié)果為0轉(zhuǎn)移 PC D11 結(jié)果為負轉(zhuǎn)移 PC D IN Ri，M j格式 7 4 3 2 1 01 0 0 1RiMj其中M j為設(shè)備地址，可以指定四種外圍設(shè)備，當(dāng)M j=01時，選中實驗箱的二進制代碼開關(guān)。功能： Ri （M j） OUT Ri，M j格式 7 4 3 2 1 01 0 1 0RiMj當(dāng)M j=10時，選中

11、實驗箱的顯示燈。功能： （M j） Ri HALT（停機指令）格式 7 4 3 2 1 01 0 1 1不用不用功能：用于實現(xiàn)停機。3 運算器的設(shè)計運算部件是CPU內(nèi)部的重要組成部分，它起到至關(guān)重要的作用。在此，我們暫不涉及運算器的具體設(shè)計，僅是利用以往實驗所得到的結(jié)果，利用已有的芯片來完成我們需要的運算功能。在此我們借用SN74181，利用它來完成我們需要的功能。3.1 SN74181概述1、如下所示。圖1 SN74181的引腳框圖2.引腳功能：1）A0A3:4位二進制數(shù)A2）B0B3:4位二進制數(shù)B3）F0F3:運算結(jié)果4）S0S3:狀態(tài)控制信號，控制運算類型，控制16中運算。5）M:運算

12、選擇 M=1 邏輯運算；M=0 算術(shù)運算。3、SN74181功能表表3 工作方式選擇S3S2S1S0邏輯運算M=1算術(shù)運算M=00000AA減10001(AB)AB減10010A+BAB減10011邏輯1全10100(A+B)A加(A+B)0101BAB加(A+B)0110(AB)A加B0111A+BA+B1000ABA加（A+B）1001ABA加B1010BAB加(A+B)1011A+BA+B1100邏輯001101ABAB加A1110ABAB加A1111AA3.2 ALU的組成通過74181可以形成相應(yīng)的進位邏輯，組成相應(yīng)的ALU。(1) 組間串行進位的ALU圖1(2) 組間并行進位的AL

13、U圖2運算器的組織如圖：移位器ALU鎖存器1鎖存器2R0Rn+1MS0S3 圖34 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)的建立綜合以上的相關(guān)知識，我們知道，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計的內(nèi)容包含確定各種不見的設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，就可以擬出各種信息傳送路徑，以及為實現(xiàn)這些傳送所需要的命令。數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)了如圖：移位器 ALU選擇器A選擇器BR0R1R2R3CDMARMDRIRPCSPPSWR0R3C,D,SP,PCR0R3C,D,PSW,MDR 圖44.1 部件設(shè)置 寄存器 可編程寄存器R0(000),R1(001),R2(010),R3(011),PSW(101),SP(100),PC(111)。它們都設(shè)置3

14、位編號，供CPU變成訪問。 暫存器C,D取源操作數(shù)地址或者源操作數(shù)時，使用寄存器C，讀目的操作數(shù)地址或著謎底操作數(shù)時，使用寄存器D。 指令寄存器IR為了提高取指令的速度，把指令從主存讀出以后，經(jīng)數(shù)據(jù)總線直接置入IR。 與主存的借口寄存器MAR,MDRCPU訪問主存的地址由地址寄存器MAR提供，而MDR則用來暫存CPU與主存之間要交換的數(shù)據(jù)，其實就是一個中轉(zhuǎn)效果。 運算部件 ALU部件ALU部件采用SN74181。 輸入邏輯輸入有兩個選擇器A,B,它們都有八選一功能。通用寄存器和暫存器既可以送往A，也可以送往B，但是PC和SP只能送往A，PSW和MDR只能送往B。ALU輸出設(shè)置一個移位器， 輸出

15、邏輯ALU輸出設(shè)置一個移位器，利用對應(yīng)位的連接關(guān)系實現(xiàn)直傳，左移，右移。4.2 總線與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu) 內(nèi)總線單向內(nèi)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配，寄存器在邏輯上分立。 系統(tǒng)總線CPU通過系統(tǒng)總線也外界相連，但是為了簡化，讓CPU直接連到總線上，不考慮信號的轉(zhuǎn)換和擴展。4.3 各類信息的傳送路徑 指令信息的傳送指令由主存讀出，送人指令寄存器IR：M 數(shù)據(jù)總線 IR。 地址信息的傳送地址信息包還指令地址，順序執(zhí)行的后繼指令地址，轉(zhuǎn)移地址和操作數(shù)地址等四類。 指令地址指令地址從PC取出，送人MAR：PC 選擇器 A ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR。 順序執(zhí)行的后繼指令地址現(xiàn)行指令地址PC + 1，得到后繼指令地址：

16、PC A 移位器內(nèi)總線 PC。 轉(zhuǎn)移地址按尋址方式形成轉(zhuǎn)移地址。并送入MAR。同樣，傳送路徑也因?qū)ぶ贩绞蕉?。如：寄存器尋址：Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 PC 寄存器間址：Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR 地址總線 M；M 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 PC。 操作數(shù)地址按尋址方式形成轉(zhuǎn)移地址。并送入MAR。同樣，傳送路徑也因?qū)ぶ贩绞蕉?。如：寄存器間址：Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR變址：由于形式地址放在緊跟現(xiàn)行指令的下一存儲單元中，并由PC指示，所以先訪問存取出形式地址，暫存于C，在進行變址計算。取形式地址：PC A ALU 移位器 內(nèi)總

17、線 MAR 地址總線 M；M 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 C。做變址計算：變址寄存器 A ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR。 數(shù)據(jù)信息的傳送 寄存器 寄存器Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 Rj。 寄存器 主存Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MDR 數(shù)據(jù)總線 M。 主存 寄存器M 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 Rj。 寄存器 外設(shè)R i A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MDR 數(shù)據(jù)總線 I/O 外設(shè) 寄存器I/O接口 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 Rj. 主存 主存主存單元的內(nèi)容搬遷似乎只需要通過MDR作為中間緩沖即可，但在尋找目的單元

18、地址時有可能采取間址方式或其他更復(fù)雜的尋址方式，即需要從主存單元中讀取目的地址，且將讀得的目的地址經(jīng)MDR傳送到MAR，所以，一般需分成兩個階段實現(xiàn)主存各單元間的傳送，先將讀出數(shù)據(jù)暫存于C中，形成目的地址后再將C內(nèi)容MDR寫入目的單元。M(源單元) 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 C; C A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MDR 數(shù)據(jù)總線 M。 主存 外設(shè)有兩種方式實現(xiàn)主存與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。一種方式是由CPU執(zhí)行通用傳送指令，以某種尋址方式指明主存單元與外圍接口寄存器的地址，從而實現(xiàn)主存與外圍設(shè)備間的傳送。這樣的傳送一般以MDR為中間緩沖，以便與其他傳送指令的執(zhí)行流程相吻合

19、。即：M 數(shù)據(jù)總線 MDRMDR 數(shù)據(jù)總線 I/O接口另一種是DMA方式，即CPU放棄系統(tǒng)總線，由DMA控制器控制，通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)主存與I/O設(shè)備之間的直接傳送，不動用CPU中的寄存器與暫存器。即：M 數(shù)據(jù)總線 I/O接口4.4 微命令的設(shè)置在全面分析了各類信息的傳送路徑之后，對指令將如何執(zhí)行就有了進一步的了解，且為時序的安排與相應(yīng)微命令的設(shè)置打下了基礎(chǔ)。以上傳送過程包含了兩大類操作：內(nèi)部數(shù)據(jù)通路操作和外部訪存操作。 數(shù)據(jù)通路操作 ALU輸入選擇如：R0 A ALU功能選擇如：微命令S3S0、M、C0。根據(jù)它們的組合選擇ALU的運算功能。 移位器功能選擇如：微命令DM，左移，右移 結(jié)果分配如

20、：打入脈沖CPR0、CPMAR 訪存操作所需要的命令如下：EMAR、R、W、SMDR、SIR5 組合邏輯控制器的設(shè)計5.1 功能描述和結(jié)構(gòu)功能描述根據(jù)現(xiàn)行指令、PSW、控制臺命令、IO設(shè)備接口狀態(tài)、中斷請求、時序系統(tǒng)等產(chǎn)生所需微命令；控制整個CPU的運行。結(jié)構(gòu) 指令譯碼器 時序發(fā)生器 編碼器 微操作信號發(fā)生器 5.2 輸入和輸出端口定義輸入RST /*復(fù)位信號CONSOL /*控制臺輸入（鍵盤）；IO /*IO設(shè)備接口；PSW /*寄存器PSW；TIM_QUE /*時序系統(tǒng)（三級時序）；IR_CODE /*指令輸入(16 位)；輸出READ /*讀存儲器；WRITE /*寫存儲器；CPR0 /

21、*寄存器R0的打入脈沖CPR1 /*寄存器R1的打入脈沖CPR2 /*寄存器R2的打入脈沖CPR3 /*寄存器R3的打入脈沖CPC /*寄存器C的打入脈沖CPD /*寄存器D的打入脈沖CPPC /*寄存器PC的打入脈沖CPSP /*寄存器SP的打入脈沖CPMBR /*寄存器MBR的打入脈沖CPMAR /*寄存器MAR的打入脈沖CPPSW /*寄存器PSW的打入脈沖SMBR /*寄存器MBR的置入端;SIR /*寄存器R1的置入端;EMAR /*寄存器MAR的使能端;SELA3 /*選擇器A的選擇控制（3位）SELB3 /*選擇器B的選擇控制（3位）CON_ALU6 /*ALU的功能控制（6位）

22、SHIFT_REG2 /*移位器的控制（2位）左移、右移、直傳（DM）;5.3 指令譯碼器 說明由于譯碼后輸出較多，所以按操作類型（IR15IR12），源寄存器號（IR11IR9），源尋址方式（IR8-IR6），目的寄存器號（IR5IR3），目的尋址方式（IR2IR0）分為五個譯碼器。 操作類型碼輸入：IR15，IR14，IR13，IR12輸出：MOV，ADD，SUB，AND，OR，EOR，COM，NEG， INC，DEG，SL，SR，JMP_RST，JSR 功能表： 表4IR15IR14IR13IR12IR_OPER_TYPEIR15IR14IR13IR12IR_OPER_TYPE0000M

23、OV1000INC0001ADD1001DEC0010SUB1010SL0011AND1011RL0100OR1100JMP/RST0101EOR1101JSR0110COM1110sti0111NEG1110cli 源寄存器號譯碼 U_SREG_DECOD輸入：IR11，IR10，IR9 輸出：S_R0,S_R1，S_R2 ,S_R3,S_SP,S_PSW ,S_PC功能表： 表5IR(11 DOWNTO 9)IR_SREG_TYPE000S_R0001S_R1010S_R2011S_R3100S_SP101S_PSW110S_temp(未用)111S_PC 源寄存器尋址方式譯碼 U_SAD

24、DR_DECOD輸入：IR8，IR7，IR6輸出：S_ADDR_REG , S_ADDR_INDI , S_ADDR_DECR , S_ADDR_INCR , S_DOUB_INDI , S_ADDR_VARI , S_ADDR_SKP功能描述表： 表6IR(8 DOWNTO 6)IR_SREG_ ADDR000S_ADDR_REG001S_ADDR _INDI010S_ADDR _DECR011S_ADDR _INCR100S_ADDR _VARI101S_ADDR _VARI110S_ADDR _SKP111未用 目的寄存器號譯碼輸入：IR11，IR10，IR9 輸出：S_R0,S_R1，

25、S_R2 ,S_R3,S_SP,S_PSW ,S_PC功能表： 表7IR(11 DOWNTO 9)IR_SREG_TYPE000S_R0001S_R1010S_R2011S_R3100S_SP101S_PSW110S_temp(未用)111S_PC 目的寄存器尋址譯碼 輸入：IR8，IR7，IR6 輸出：S_ADDR_REG , S_ADDR_INDI , S_ADDR_DECR , S_ADDR_INCR , S_DOUB_INDI , S_ADDR_VARI , S_ADDR_SKP功能描述表： 表8IR(8 DOWNTO 6)IR_SREG_ ADDR000S_ADDR_REG001S_

26、ADDR _INDI010S_ADDR _DECR011S_ADDR _INCR100S_ADDR _VARI101S_ADDR _VARI110S_ADDR _SKP111未用5.4 時序發(fā)生器 說明： 模型機的時序系統(tǒng)采取三級時序（工作周期，時鐘周期，工作脈沖） 工作周期 模型機設(shè)置六種工作周期狀態(tài)，用六個周期狀態(tài)觸發(fā)器作為它們的標(biāo)志。某一時期內(nèi)只有其中一個周期狀態(tài)觸發(fā)器為1，指明CPU現(xiàn)在所處的工作周期狀態(tài)，為該階段的工作提供時間標(biāo)志與依據(jù)。由于暫時不考慮DMA，所以只設(shè)置五個工作周期。 取指周期FT 源周期ST 目的周期DT 執(zhí)行周期ET 中斷周期IT不同類型指令所需的工作周期可能不同

27、。在每一工作周期結(jié)束前，判斷下一個周期狀態(tài)是什么，并為此準(zhǔn)備好進入該周期的條件，如發(fā)出電位信號ST4->DT0等，到本周期結(jié)束的時刻，實現(xiàn)周期狀態(tài)的定時切換。 時鐘周期（節(jié)拍）以主存訪問周期所需時間為時間周期的寬度。一個工作周期包含若干節(jié)拍，根據(jù)不同指令的需要，節(jié)拍數(shù)可變。設(shè)計一個時鐘周期計數(shù)器T，從T=0開始進入一個計數(shù)循環(huán)，表示進入新的工作周期。如果本工作周期還需延長，則發(fā)T+1，計數(shù)器T將繼續(xù)計數(shù)，開始新的節(jié)拍。如果本工作周期應(yīng)當(dāng)結(jié)束，則發(fā)命令T=0。計數(shù)器T的狀態(tài)進經(jīng)譯碼產(chǎn)生節(jié)拍狀態(tài)，如：T0，T1，T2等。作為分步操作的時間標(biāo)志。 工作脈沖模型機在每個時鐘周期的末尾發(fā)一個工作脈

28、沖P，作為各種同步脈沖的來源。工作脈沖P的前沿作為打入寄存器的定時，標(biāo)志一個數(shù)據(jù)通路操作的完成。P的后沿作為周期切換的定時，在次時刻對時鐘周期計數(shù)器T計數(shù)、打入新的工作周期狀態(tài)。 5.5 編碼器 輸入選擇器A的控制信號的編碼 輸入：R0_TO_A , R1_TO_A , R2_TO_A ,R3_TO_A , C_TO_A , D_TO_A , PC_TO_A , SP_TO_A;輸出：SEL_A功能描述表： 表9R0_TO_AR1_TO_AR2_TO_AR3_TO_Ac_TO_Ad_TO_Apc_TO_Asp_TO_ASEL_A100000000000100000000100100000010

29、0001000001100001000100000001001010000001011000000001111 輸入選擇器B的控制信號的編碼輸入：R0_TO_B , R1_TO_B , R2_TO_B , R3_TO_B , C_TO_B , D_TO_B , PSW_TO_B , MBR_TO_B;輸出：SEL_B 功能表： 表10R0_TO_AR1_TO_AR2_TO_AR3_TO_Ac_TO_Ad_TO_Apc_TO_Asp_TO_ASEL_A1000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001

30、011000000001111 ALU的控制信號編碼 輸入：A，B，A_ADD_B, A_SUB_B, A_COM,B_COM, A_ADD_1, A_SUB_1, A_NEG, A_AND_B, A_OR_B, A_EOR_B;輸出：ALU_CON6S3S2S1S0 & M & C0 功能描述表： 表11R0_TO_AR1_TO_AR2_TO_AR3_TO_Ac_TO_Ad_TO_Apc_TO_Asp_TO_ASEL_A1000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000

31、0000011115.6 微操作信號發(fā)生器 輸入源寄存器、目的寄存器的譯碼和它們的尋址方式譯碼后的輸出、指令碼譯碼后的輸出、時序信號。 輸出打入各個寄存器的打入脈沖信號，對輸入選擇器的操作信號，指令寄存器、地址寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器的使能信號等。 實現(xiàn)方式每個輸出都是多個輸入的邏輯運算（與或非）的結(jié)果。6 下載調(diào)試和驗證綜合以上的設(shè)計結(jié)果，得到如下數(shù)據(jù)框圖： 圖5根據(jù)以上的數(shù)據(jù)通路框圖設(shè)計電路連接對設(shè)計結(jié)果進行驗證。6.1 實驗接線a、跳線器J1J12全部撥在右邊（自動工作方式）；b、跳線器J16、J18、J23、J24全部撥在左邊；c、跳線器J15、J19、J25全部撥在右邊，跳線器J13、

32、J14撥在左邊；d、跳線器J20J22、J26、J27連上短路片；e、UJ1連UJ2，JSE1連JSE2，SJ1連SJ2；f、MBUS連BUS2；g、REGBUS連BUS5；h、PCBUS連EXJ2；i、 ALUBUS連EXJ3；j、 ALUO1連BUS1；k、EXJ1連BUS3；l、 ALUO2連BUS4；m、IJ1連IJ2。6.2 連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。6.3 寫微程序和程序表12手動寫微程序： 寫微程序A. "編程開關(guān)"置為"寫入"狀態(tài)。B. "運行控制"開關(guān)置為"運行"，"運行方式

33、"開關(guān)置為"單步"狀態(tài)。C. 用二進制模擬開關(guān)UA0UA5置6位微地址，UA0UA5的電平由LK0LK5顯示，高電平亮，低電平滅。D. 用二進制模擬開關(guān)MK1MK24置24位微代碼，24位微代碼由LMD1LMD24顯示燈顯示，高電平亮，低電平滅。E. 按動"啟動運行"開關(guān)，啟動時序電路，即可將微代碼寫入到E2PROM 2816的相應(yīng)地址單元中。F .重復(fù)CE步驟，將上表的微代碼全部寫入E2PROM 2816中。 讀微程序A. 將"編程開關(guān)"設(shè)置為"讀"狀態(tài)。B. "運行控制"開關(guān)置為&

34、quot;運行"，"運行方式"開關(guān)置為"單步"狀態(tài)。C. 用二進制模擬開關(guān)UA0UA5置6位微地址。D. 按動"啟動運行"開關(guān)，啟動時序電路，讀出微代碼，觀察顯示燈LMD1LMD24的狀態(tài)，檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同，如果不同，則將"編程開關(guān)"置為"寫入"狀態(tài)。重新執(zhí)行即可。 單步運行A. "編程開關(guān)"置于"運行"狀態(tài)。B. "運行控制"開關(guān)置為"運行"，"運行方式"開關(guān)置為&qu

35、ot;單步"狀態(tài)。C. 系統(tǒng)總清，即"總清"開關(guān)撥01。使微地址寄存器U14U16清零，從而明確本機的運行入口微地址為000000（二進制）。D. 按動"啟動運行"開關(guān)，啟動時序電路，則每按動一次，讀出一條微指令后停機，此時實驗機上的微地址顯示燈和微程序顯示燈將顯示所讀出的一條指令。注意：在當(dāng)前條件下，可將6芯排座"JSE1"和"UJ2"相連，可通過強置端SE1SE6,人為設(shè)置微地址，從而改變下一條微指令的地址。設(shè)置方法如下：先將微地址開關(guān)置"1"，再將UJ1上的排線換插到"

36、JSE1"，然后將某個或幾個二進制開關(guān)置為"0"，相應(yīng)的微地址位即被強置為"1"，從而改變下一條微指令的地址。 連續(xù)運行A. 將"編程開關(guān)"置為"運行"狀態(tài)。B. "運行控制"開關(guān)置為"運行"，"運行方式"開關(guān)置為"連續(xù)"狀態(tài)。C. 系統(tǒng)總清，即"總清"開關(guān)撥01。使微地址寄存器U14U16清零，從而明確本機的運行入口微地址為000000（二進制）。D. 按動"啟動運行"開關(guān)，啟動時序電

37、路，則可連續(xù)讀出微指令。手動方法寫代碼程序（機器指令）步驟如下：通過上一步將機器指令對應(yīng)的微代碼正確地寫入E2ROM 2816芯片后，再進行機器指令程序的裝入和檢查。A. 將"編程開關(guān)"置"運行"位置，"運行方式"開關(guān)置"單步"位置。B. 撥動總清開關(guān)（01），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。然后使控制開關(guān)SWC、SWA開關(guān)置為"0 1"，按動一次"啟動運行"開關(guān)，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示"001001"，再按動一次"啟動運行"

38、;開關(guān)，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示"001100"，此時數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容置為要寫入的機器指令，再按動一次"啟動運行"開關(guān)，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀微程序流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機器指令的首地址只要第一次給入即可，PC會自動加1，所以，每次按動"啟動運行"開關(guān)，只有在微地址燈顯示"001100"時，才設(shè)置內(nèi)容，直到所有機器指令寫完。C. 寫完程序后須進行檢驗。撥動總清開關(guān)(01)后，微地址清零，PC程序計數(shù)器清零，然后使控制開關(guān)SWC、SWA為"0 0",按動"啟動運行"開關(guān)，微地址燈將顯示"001000"，再按"啟動運行"開關(guān)，微地址燈顯示為"001010&qu