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1、№27沈陽理工大學課程設計專用紙第1章實驗計算機的設計1.1設計整機邏輯框圖微程序控制器同硬布線控制器相比較具有規(guī)整性、靈活性、可維護性等一系列優(yōu)點，因而在計算機設計中逐漸取代了早期采用的硬布線控制器，并已被廣泛得應用。微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解題程序的方法，把操作控制信號編成所謂的“微指令”，存到一個只讀存儲器里。當機器運行時，一條又一條地讀出這些微指令。本系統的結構組成為：本板分為8位機和16位機兩種，除數據字長分別為8位和16位以外，都包括以下幾個部分：微程序控制器，運算器，寄存器堆，程序計數器，指令寄存器，指令譯碼電路，地址寄存器，數據、地址
2、和控制總線。基板:本部分是8位機和16位機的公共部分，包括以下幾個部分：數據輸入和輸出，顯示及監(jiān)控，脈沖源及時序電路，數據和地址總線，外設控制實驗電路，單片機控制電路和鍵盤操作部分，與PC機通訊的接口，主存儲器，電源，CPLD實驗板(選件)，自由實驗區(qū)（面包板）。運算器：由算術邏輯單元（ALU）、累加寄存器、數據緩沖寄存器、和狀態(tài)條件寄存器組成，它是數據加工處理部件。相對控制器而言，運算器接受控制器的命令而進行動作，即運算器所進行的全部操作都是有控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，所以它是執(zhí)行部件.存儲器:是保存或“記憶”解題的原始數據和解題步驟。在運算前需要把參加運
3、算的數據和解題步驟通過輸入設備送到存儲器中保存。微程序控制器:控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令,通常把這種控制命令叫做微命令,而執(zhí)行部件接受命令后的操作叫做微操作。本系統有兩種外部I/O設備，一種是二進制代碼開關，它作為輸入設備；另一種是數碼管，它作為輸出設備。輸入時，二進制開關數據直接經過三態(tài)門送到數據總線上，只要開關狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數據送到外部數據總線上，當寫信號（W/R）有效時，將數據打入輸出鎖存器，驅動數碼管顯示。整機邏輯框圖如圖1.1所示:沈陽理工大學№27沈陽理工大學課程設計專用紙MS1S0數據總線(D_BUS)
4、74299LPC299-G程序計數器PCALU-GLOADPC-GMCNALUS3S2S1S0數據暫存器LT1數據暫存器LT2LAR地址寄存器AR地址總線（ADDR_BUS）LDR1LDR2存儲器(MEM)READWRITE寄存器R0寄存器R1寄存器R2微控器脈沖源及時序LR0R0GLR1R1GLR2R2G指令寄存器IRC-GLDIR輸入設備W/R控制門輸出設備數據LED-G控制信號圖1.1整機邏輯框圖1.2設計指令系統(1)算術邏輯指令算術邏輯指令用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址其格式如下：76543210OP-CODErsRd沈陽理工大學№27沈陽理
5、工大學課程設計專用紙其中OP-CODE為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：Rs或rd選定寄存器00R001R110R2(2)訪問及轉移指令本機設計有2條訪問指令，即存數（STA）、取數（LDA），1條轉移指令，即無條件轉移（JMP）、指令格式如下：7654321000MOP-CODErdD其中OP-CODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為位移量（正負均可），M為尋址模式，其定義見表1.1表1.1尋址模式說明尋址模式M有效地址E說明00011011E=DE=（D）E=（RI）+DE=（PC）+D直接尋址間接尋址RI變址
6、尋址相對尋址本機規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。(3)I/O指令輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：76543210OP-CODEaddrrd其中，addr=01時，選中“數據輸入電路”中的開關組作為輸入設備，addr=10時，選中“輸出顯示電路”中的數碼管作為輸出設備。各指令系統主要功能參見表1.1.沈陽理工大學№27沈陽理工大學課程設計專用紙表1.1各指令系統主要功能表指令類型指令助記符指令功能指令格式操作數尋址方式數據傳送指令INDATA->rd01000100寄存器尋址數據存儲指令LDA（D）->rd0000001000010
7、01000110010直接尋址間接尋址相對尋址數據傳送指令OUTDATA->LED01011000寄存器尋址邏輯運算指令ANDrs∧rd->rs11000001寄存器尋址轉移指令JMPE->PC00001000000110000010100000111000直接尋址間接尋址RI變址尋址相對尋址邏輯運算指令：ANDR0,R1指令功能：R0∧R1→R0指令格式：7654321011000001機器碼：11000001數據存儲指令：LDA00，[07H]，R0指令功能：ADDR->R0指令格式：7654321000000001[07H]沈陽理工大學№27沈陽理工大學課
8、程設計專用紙機器碼：00
