計算機組成原理課程設(shè)計學(xué)號：xxxxxxxxxx 姓名：學(xué)號：xxxxxxxxxx 姓名：設(shè)計任務(wù)： 綜合前面實驗單元典型部件設(shè)計與調(diào)試，對數(shù)據(jù)選擇器（A、B）、計數(shù)器、運算器、寄存器和微程序控制器透徹了解的基礎(chǔ)上，完成一個簡單計算機的設(shè)計，使其具有簡單運算功能：取數(shù)、讀數(shù)、做加法、送數(shù)等 設(shè)計目的： 通過一個簡單計算機的設(shè)計，對計算機系統(tǒng)的基本組成、部件的設(shè)計、部件間的連接、微程序的編制與調(diào)試等全過程有一個較為綜合、深入的認(rèn)識和理解 設(shè)計與調(diào)試步驟： 結(jié)合計算機組成原理的教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)計平臺系統(tǒng)，計算機的設(shè)計與調(diào)試步驟如下： 數(shù)據(jù)通路： 數(shù)據(jù)通路的設(shè)計在總體結(jié)構(gòu)中是最重要的一個環(huán)節(jié)實驗室的仿真模型機的數(shù)據(jù)通路是以總線為基礎(chǔ)、以CPU為核心構(gòu)成的系統(tǒng)簡介:機器指令存放在3#RAM中將3#RAM作為內(nèi)存使用，機器指令是按由上到下順序執(zhí)行的，其執(zhí)行順序由PC（程序計數(shù)器）和MAR（地址寄存器）控制2#RAM和1#RAM作為控制存儲器簡稱為控存一條微指令由十六個微命令組成高八位存放于2#RAM中，低八位存放于1#RAM中后繼地址有三種形成方式μIR2μIR1μIR0 為001時μPC+1安順序執(zhí)行微指令為010時JP無條件轉(zhuǎn)移，地址由μIR15-8提供。

本簡單計算機基于簡化處理μIR15-8均為0它代表了均跳向為指令寄存器的00入口即取指令入口為011時 QJP高四位安機器指令的操作碼轉(zhuǎn)移，第四位為0其由后繼地形成邏輯實現(xiàn)，所有涉及的地址轉(zhuǎn)移均為指令的轉(zhuǎn)移因為機器指令是按順序執(zhí)行的每按一次單脈沖鍵執(zhí)行一條微指令，一條機器指令由若干條微指令組成，一條微指令由十六個微命令組成其中因為μIR3μIR6μIR7全為零故省略掉了為保證機器指令是從第一條開始順序執(zhí)行的，在操作前應(yīng)按一次復(fù)位鍵將微指令計數(shù)器μpc，機器指令計數(shù)器pc，內(nèi)存地址寄存中的內(nèi)容清零第一條微指令地址為00，微操作為RAM→IR即從內(nèi)存中取出指令放到機器指令寄存器中，此時地址寄存器中的內(nèi)容為00，所以在3#RAM的00地址中取出MOV1指令18，取出指令后PC+1→PC（01）為取下一條內(nèi)存內(nèi)容做好準(zhǔn)備，再按一次單脈沖鍵執(zhí)行QJP及按操作碼轉(zhuǎn)移，此時指令寄存器中存放的為18 操作碼為0001，所以轉(zhuǎn)移后高四位為：0001 低四位為全零 ：0000 后繼地址形成邏輯的輸出0001 0000， 因此此時置數(shù)有效微地址輸出為10（十六進(jìn)制）根據(jù)微地址10執(zhí)行PC→MAR, PC中的內(nèi)容經(jīng)取指過程中加1操作,已變?yōu)?1，所以地址寄存器中存入了01，然后PC+1→PC （PC變?yōu)?2） 為取下一條內(nèi)存內(nèi)容做好準(zhǔn)備。

然后將內(nèi)存中地址為01的數(shù)據(jù)傳送至RAM→R0 下一步為PC→MAR存入的為02下一個微指令為JP無條件轉(zhuǎn)移，地址由微指令的高八位給出，高八位為0000 0000，所以微地址轉(zhuǎn)向00，再次進(jìn)行取指令在3#RAM的02地址中取出MOV2指令28放進(jìn)機器指令寄存器，取出指令后PC+1→PC（03）為取下一條內(nèi)存內(nèi)容做好準(zhǔn)備，再按一次單脈沖鍵執(zhí)行QJP及按操作碼轉(zhuǎn)移，此時指令寄存器中存放的為28 操作碼為0010，所以轉(zhuǎn)移后高四位為：0010， 低四位為全零：0000 后繼地址形成邏輯的輸出0010 0000， 因此此時置數(shù)有效微地址輸出為20（十六進(jìn)制）根據(jù)微地址20執(zhí)行PC→MAR PC中的內(nèi)容經(jīng)取指過程中加1操作已變?yōu)?3，所以地址寄存器中存入了03，然后PC+1→PC （PC變?yōu)?4） 為取下一條內(nèi)存內(nèi)容做好準(zhǔn)備然后將內(nèi)存中地址為03的數(shù)據(jù)傳送至RAM→R1 下一步為PC→MAR存入的為04下一個微指令為JP無條件轉(zhuǎn)移，地址由微指令的高八位給出，高八位為0000 0000，所以微地址轉(zhuǎn)向00，再次進(jìn)行取指令在3#RAM的04地址中取出ADD指令30放進(jìn)機器指令寄存器，取出指令后PC+1→PC（05）為取下一條內(nèi)存內(nèi)容做好準(zhǔn)備，再按一次單脈沖鍵執(zhí)行QJP及按操作碼轉(zhuǎn)移，此時指令寄存器中存放的為30操作碼為0011.所以轉(zhuǎn)移后高四位為0011 第四位為全零 0000 。

后繼地址形成邏輯的輸出0011 0000 ，因此時置數(shù)有效微地址輸出為30（十六進(jìn)制）根據(jù)微地址30執(zhí)行R0 +R1= R1 PC中的內(nèi)容經(jīng)取指過程中加1操作已變?yōu)?5，所以地址寄存器中存入了05，然后PC+1→PC （PC變?yōu)?6） 為取下一條內(nèi)存內(nèi)容做好準(zhǔn)備下一個微指令為JP無條件轉(zhuǎn)移，地址由微指令的高八位給出，高八位為0000 0000所以微地址轉(zhuǎn)向00，再次進(jìn)行取指令在3#RAM的05地址中取出MOV3指令41放進(jìn)機器指令寄存器，取出指令后PC+1→PC（06）為取下一條內(nèi)存內(nèi)容做好準(zhǔn)備，再按一次單脈沖鍵執(zhí)行QJP及按操作碼轉(zhuǎn)移，此時指令寄存器中存放的為41 操作碼為0100，所以轉(zhuǎn)移后高四位為：0100 低四位為全零：0000 后繼地址形成邏輯的輸出0100 0000 ，因此時置數(shù)有效微地址輸出為40（十六進(jìn)制）根據(jù)微地址40執(zhí)行R0→MAR（R0中的數(shù)據(jù)作為寫內(nèi)存地址） PC中的內(nèi)容經(jīng)取指過程中加1操作已變?yōu)?6，所以地址寄存器中存入了06，然后將內(nèi)存中地址為03的數(shù)據(jù)傳送至R1→RAM 下一步為PC→MAR存入的為06下一個微指令為JP無條件轉(zhuǎn)移，地址由微指令的高八位給出，高八位為0000 0000，所以微地址轉(zhuǎn)向00，再次進(jìn)行取指令。

至此MOV1 MOV2 ADD MOV3 均執(zhí)行完畢完成了兩個數(shù)的相加操作如果是07+02=09那么內(nèi)存的07號地址中就存放了相加結(jié)果09總圖：輸入輸出說明：USB0-7 為內(nèi)存的數(shù)據(jù)線當(dāng)WR為1時可以寫內(nèi)存，同時加法器的輸出也接到這八根線上結(jié)合輸出分配可將數(shù)據(jù)送到R0 、R1、PC、IR 、MAR 中的一個或一個也不送AD0-7 為內(nèi)存的地址線UAD0-7為ROM2和ROM1的共用地址μIR0-15為ROM2和ROM1的輸出其具體輸出什么由其地址決定WR RD為內(nèi)存的讀寫控制P1為單脈沖Rst2為復(fù)位鍵，可對PC,μPC.,MAR進(jìn)行復(fù)位 UPC和P控制ROM2和ROM1讀和讀出MD0-7為ROM3的輸出其中的數(shù)據(jù)由此輸出二四譯碼器：二四譯碼器元件符號二四譯碼的輸出控制選擇器A、B數(shù)據(jù)通路，二四譯碼器的作用在這里是一個多路數(shù)據(jù)開關(guān)三八譯碼器邏輯：三八譯碼器元件符號三八譯碼器的一組輸入對應(yīng)的輸出中只有一個為1其余為零設(shè)計中用到了兩個三八譯碼器其中一個的輸入為μIR11、μIR10、μIR9，輸出用到的五個分別控制R0 、R1 、 IR 、PC 、MAR 五個寄存器的數(shù)據(jù)開關(guān)。

因為其輸出同一時刻只有一個1，這就保證了同一時刻只對一個寄存器操作，另外還有五個寄存器均不操作時的情況，例如寫內(nèi)存的操作另外一個三八譯碼器控制微指令地址的轉(zhuǎn)移方式其本質(zhì)上仍是一個多路數(shù)據(jù)開關(guān)后繼地址產(chǎn)生邏輯： 當(dāng)QJP=1時JP=0，微地址計數(shù)器置數(shù)端輸入為0（置數(shù)低有效）微指令的高八位被屏蔽掉了，又因為有四個與門接地，所以輸出的低四位為全零，高四位只與機器指令的高四位（操作碼）有關(guān)，這樣就實現(xiàn)了高四位按操作碼轉(zhuǎn)移，低四位為全零當(dāng)JP=1時QJP=0，微地址計數(shù)器置數(shù)端輸入為0（置數(shù)低有效）因為有四個與門接地且QJP=0，所以輸出只與微指令的高八位（μIR15-8）有關(guān)，這樣就實現(xiàn)了無條件轉(zhuǎn)移，地址由μIR15-8提供當(dāng)JP=0時QJP=0，微地址計數(shù)器置數(shù)端輸入為1（置數(shù)低有效）此時置數(shù)端無效按一次單脈沖鍵微指令計數(shù)器從置數(shù)的輸入開始計數(shù)器自加1順序向下執(zhí)行，直到下一次微指令跳轉(zhuǎn)一位全加器：一位加法器元件符 八位串行進(jìn)位并行加法器八位串行進(jìn)位加法器元件符號微指令計數(shù)器μPC 微指令計數(shù)器元件符號微指令計數(shù)器不是真正的八位二進(jìn)制計數(shù)器起到計數(shù)功能的只有六位，高兩位是置數(shù)的輸入。

我們使用低六位來計數(shù)就足夠了，程序中微指令最多才自加4次就開始重新置數(shù)了這樣設(shè)計只是為了簡化硬件電路三位二進(jìn)制計數(shù)器三位二進(jìn)制計數(shù)器元件符號這是微指令計數(shù)器底層模塊具有置數(shù)和端復(fù)位鍵，在來一次脈沖時自加一當(dāng)加到111時產(chǎn)生進(jìn)位信號二選一選擇器這里的二選一是將八根線看成一組（R07-R00一組、R17-R10一組），從兩組中選出一組作為輸出不帶復(fù)位端的八位寄存器帶復(fù)位端的八位寄存器微指令格式微指令字長16位即μIR15~μIR0（1） 微指令字段定義A選擇器控制：μIR15●μIR14 0 0 備用 0 1 RA 1 0 MA 1 1 備用B選擇器控制：μIR13●μIR12 0 0 備用 0 1 PB 1 0 RB 1 1 備用輸出分配 ：μIR11●μIR10●μIR9 0 0 0 備用 0 0 1 CPR0 0 1 0 CPR1 0 1 1 CPPC 1 0 0 CPIR 1 0 1 CPMAR 1 1 0 備用 1 1 1 備用低位進(jìn)位控制：μIR8 0 C0=0 1 C0=1存儲器讀寫控制：μIR5●μIR4 1 0 RD 0 1 WR后繼地址形成方式：μIR2●μIR1●μIR0 0 0 0 備用 0 0 1 μPC+1 順序執(zhí)行微指令 0 1 0 JP無條件轉(zhuǎn)移，地址由微指令的高八位μIR15-8提供 0 1 1 QJP高四位按操作碼轉(zhuǎn)移，地四位為0。

1 0 0 YJP給定高四位第四位按源尋址方式轉(zhuǎn)移 1 0 1 MJP給定高四位低四位按目的尋址方式轉(zhuǎn)移 1 1 0 備用 1 。