計(jì)算機(jī)組成原理報(bào)告

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1、№27沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專(zhuān)用紙第1章實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)整機(jī)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(hù)性等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中逐漸取代了早期采用的硬布線控制器，并已被廣泛得應(yīng)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(hào)編成所謂的“微指令”，存到一個(gè)只讀存儲(chǔ)器里。當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時(shí)，一條又一條地讀出這些微指令。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成為：本板分為8位機(jī)和16位機(jī)兩種，除數(shù)據(jù)字長(zhǎng)分別為8位和16位以外，都包括以下幾個(gè)部分：微程序控制器，運(yùn)算器，寄存器堆，程序計(jì)數(shù)器，指令寄存器，指令譯碼電路，地址寄存器，數(shù)據(jù)、地址和控制總線?；?本部分

2、是8位機(jī)和16位機(jī)的公共部分，包括以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)輸入和輸出，顯示及監(jiān)控，脈沖源及時(shí)序電路，數(shù)據(jù)和地址總線，外設(shè)控制實(shí)驗(yàn)電路，單片機(jī)控制電路和鍵盤(pán)操作部分，與PC機(jī)通訊的接口，主存儲(chǔ)器，電源，CPLD實(shí)驗(yàn)板(選件)，自由實(shí)驗(yàn)區(qū)（面包板）。運(yùn)算器：由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器、和狀態(tài)條件寄存器組成，它是數(shù)據(jù)加工處理部件。相對(duì)控制器而言，運(yùn)算器接受控制器的命令而進(jìn)行動(dòng)作，即運(yùn)算器所進(jìn)行的全部操作都是有控制器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)指揮的，所以它是執(zhí)行部件.存儲(chǔ)器:是保存或“記憶”解題的原始數(shù)據(jù)和解題步驟。在運(yùn)算前需要把參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和解題步驟通過(guò)輸入設(shè)備送到存儲(chǔ)器中保存。

3、微程序控制器:控制部件通過(guò)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(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)備，一種是二進(jìn)制代碼開(kāi)關(guān)，它作為輸入設(shè)備；另一種是數(shù)碼管，它作為輸出設(shè)備。輸入時(shí)，二進(jìn)制開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)送到數(shù)據(jù)總線上，只要開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時(shí)，將輸出數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫(xiě)信號(hào)（W/R）有效時(shí)，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。整機(jī)邏輯框圖如圖1.1所示:沈陽(yáng)理工大學(xué)№27沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專(zhuān)用紙MS1S0數(shù)據(jù)總線(D_BUS)74299LPC299-G程序計(jì)數(shù)器PCALU-GLOADPC-GMCN

4、ALUS3S2S1S0數(shù)據(jù)暫存器LT1數(shù)據(jù)暫存器LT2LAR地址寄存器AR地址總線（ADDR_BUS）LDR1LDR2存儲(chǔ)器(MEM)READWRITE寄存器R0寄存器R1寄存器R2微控器脈沖源及時(shí)序LR0R0GLR1R1GLR2R2G指令寄存器IRC-GLDIR輸入設(shè)備W/R控制門(mén)輸出設(shè)備數(shù)據(jù)LED-G控制信號(hào)圖1.1整機(jī)邏輯框圖1.2設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)(1)算術(shù)邏輯指令算術(shù)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(yáng)理工大學(xué)№27沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專(zhuān)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

5、rd選定寄存器00R001R110R2(2)訪問(wèn)及轉(zhuǎn)移指令本機(jī)設(shè)計(jì)有2條訪問(wèn)指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），1條轉(zhuǎn)移指令，即無(wú)條件轉(zhuǎn)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(fù)均可），M為尋址模式，其定義見(jiàn)表1.1表1.1尋址模式說(shuō)明尋址模式M有效地址E說(shuō)明00011011E=DE=（D）E=（RI）+DE=（PC）+D直接尋址間接尋址RI變址尋址相對(duì)尋址本機(jī)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

6、式如下：76543210OP-CODEaddrrd其中，addr=01時(shí)，選中“數(shù)據(jù)輸入電路”中的開(kāi)關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時(shí)，選中“輸出顯示電路”中的數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。各指令系統(tǒng)主要功能參見(jiàn)表1.1.沈陽(yáng)理工大學(xué)№27沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專(zhuān)用紙表1.1各指令系統(tǒng)主要功能表指令類(lèi)型指令助記符指令功能指令格式操作數(shù)尋址方式數(shù)據(jù)傳送指令I(lǐng)NDATA->rd01000100寄存器尋址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指令LDA（D）->rd000000100001001000110010直接尋址間接尋址相對(duì)尋址數(shù)據(jù)傳送指令OUTDATA->LED01011000寄存器尋址邏輯運(yùn)算指令A(yù)NDrs∧rd->rs

7、11000001寄存器尋址轉(zhuǎn)移指令JMPE->PC00001000000110000010100000111000直接尋址間接尋址RI變址尋址相對(duì)尋址邏輯運(yùn)算指令：ANDR0,R1指令功能：R0∧R1→R0指令格式：7654321011000001機(jī)器碼：11000001數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指令：LDA00，[07H]，R0指令功能：ADDR->R0指令格式：7654321000000001[07H]沈陽(yáng)理工大學(xué)№27沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專(zhuān)用紙機(jī)器碼：00