模型计算机的设计论文概要

1、 目录 1 模型机设计方案及步骤 2 1.1 设计方案 2 2 指令格式4 2.1 指令格式4 2.2 指令集5 3 数据通路6 4 指令操作流程6 5 微操作控制信号的逻辑表达式 14 6 微信号简化18 7 微信号电路图18 8 模型机微控制信号连线图 19 9 总结与体会20 10 附录21 第1页 良计 理N拶设计（论文）专用纸 模型计算机的设计 1模型机设计方案及步骤 1.1设计方案 本次课程设计主要任务是设计一模型计算机并利用组合逻辑控制 器或微程序进行设计，且至少实现 4条CPU指令（从ADD SUB XOR AND OR中选择）。 在此我选择使用组合逻辑控制器（硬连线）方式设计

2、，并实现 ADD SUB AND OR四条指令。 四条指令意义如下： ADD 数学计算两个数的和 SUB 数学计算两个数的差 AND 逻辑运算两个数的并 OR 逻辑运算两个数的或 对于以上设计的理由如下： 1. 对于方式的选取我们选取硬连线实现，因为此次我们设计的模 礼戈丿区为浮/*羊 第3页 型机较为简单，而且采用元件较少，我们采用硬连线可以使用最少的 元件从而取得较高的操作速度。 2. 对于字长的选取，多方面考虑后，基于资源和设计的需要可以 采用八位字长。由于共有四条指令，为了满足选取所以选取其中2位 作为0P操作，由于在对数的操作中不仅涉及到对数据的存储还会牵 连到指令的操作，在此指令的

3、操作有四条指令所以必须有四个储存单 元，加上存储数据的一个单元，一共需要五个单元，再由于计算机存 储字长值的限制，选不出5个存储单元的字长。所以至少为3位，其 中给出的是8个存储单元，对于寄存器，只有一个数据需要存储，所 以1位就行了，但是考虑到计算机存储的限制，所以我们可以把后3 位扩展给它。所以共有8位。其中3位表示内存单元地址，用3位表 示寄存器编号。加上两个必须的寄存器，其中寄存器有R0、R1、PC、 IR。 3. 对于内存的选取我们在实际过程中买不到这么小的内存，所以 实际操作中可以将前几位置零(接地)，用后几位表示即可。 最终根据以上理由我们规定它有 8位的数据线D7 : 0，执行

4、4 条指令，每条指令的长度为Ibyte，因而它有6位的地址线A5 : 0。 它可以存取的存储器为 64byte ( 1byte=8bits ) 我们为该CPU定义以下寄存器: 地址寄存器AR5 : 0,保存6位地址 程序计数器PC5 : 0，保存下一条指令的地址。 数据寄存器DR7 : 0，接受指令和存储器来的数据。 指令寄存器IR1 : 0，存储指令操作码。 1.2设计步骤 1）定义指令集以及指令格式； 2）构造数据通路（含控制门和微操作）； 3）根据CPU的结构，画出指令操作流程图； 4）编排指令操作时间表，即把指令操作流程图中的微操作落实到不 同的CPU周期和节拍中； 5）根据全部指令的

5、指令操作流程，写出每个微操作控制信号的逻辑 表达式； 6）综合、化简微操作逻辑式； 7）用与、或、非等门电路画出产生微控制信号的逻辑控制电路。 2指令格式 2.1指令格式 由以上分析可知由于指令总数为4，所以用2位可以表示所有指令, mr?匸七了设计（论文）专用纸 米用二地址指令，指令格式为: 76 53 20 OP（ 2 位） Ai（ 3 位） A2（ 3 位） 22指令集 具体详解如下: 76 53 2 OP（ 2 位） Ai（ 3 位） A2（ 3 位） 广 00-ADD 01-SUB IR7-IR6 V 10 AND 11 OR 用指令中的3位表示内存单元地址，用3位表示寄存器编号，0

6、00 表示R0,001表示R1。 其中As为储存器地址，Ar为寄存器地址 其中ADD的指令格式为: 00 As（3 位） Ar（ 3 位） SUB的指令格式为: 第5页 讯疗/f设计(论文)专用纸 01 As（3 位） Ar（ 3 位） AND的指令格式为: 10 As（3 位） Ar（ 3 位） OR的指令格式为: 11 As（3 位） Ar（ 3 位） 由上可知其助记，功能如下: ADD A s Ar As+ArAs SUB As Ar As-ArAs AND A s Ar As BUS AR = IF T 0+ DOF T1 Clear = IF *T 0; 1 C0= IF T0 Ad

7、d = IF *T0+ADD EXE T 0 READ = IF T 1+DOF T2 ALU BUS = IF T 1+ EXE *T 1 BUS PC 二 IF T 1 DR BUS = IF 订2+ DOF 订 3 BUS IR = IF *T2 IR_Addr BUS = DOF 订 1 BUS LB = DOF 订 3 BUS Ri = EXE 订 1（再译译码得 BUS R0, BUS R1） Ri BUS = DOF T 0（再译译码得 R0 BUS, R1 BUS） 1 DOF = IF *T3 1 EXE = DOF *T3 1 IF = EXE 订 3 7微信号电路图 反讯

8、3权拶设计（论文）专用纸 9 总结与体会 这次课程设计中，基于前几次实验中，对计算机的大致组成以及运 行原理有了初步的了解，并且对实验板也比较熟悉了，所以按照实验连 接图连线也比较上手了，经过那么多次实验，觉得连线最重要的就是认 真，如果一开小差就会出错， 每连完一条线之后，都要检查一遍，看是 否连错，这告诉我们，做每一件事都要认认真真的完成，容不得一丝马 虎，否则只会落得个事倍功半的效果。这次课程设计最重要的就是编写 程序了，要想编写程序首次要对程序了解，知道每个助记符对应的机器 码是什么意思，对应的二进制的每四位代表什么。在对程序理解的过程 4 MUST 第27页 中,刚开始不知道程序的十六进制是如何通过助记符转换过来的，经过对 指令格式的剖析才知道没个助记符对应的二进制，然后对刚编好的程序 进行运行，通过观察CPU 般都是先取机器指令，然后编译，送往寄存 器，然后再去指令，再编译，一直这样下去，直到停止为止，此次课程 设计最大的收获就是，通过观察大致了解了 CPU的运行方式，并且都指 令也有了较大的了解，还懂得了合作和请教才