组成原理课程设计

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计算机组成原理
(2)硬连布线设计控制器的方法
PCBUS , LDAR
RD ,LDDR
PC+1
DRBUS,LDIR
IRBUS,LDAR
RD
LDDR
DRBUS BUSbus LDR0
DRBUS = M1•T4+LAD •M2 •T3 + ADD•M3•T3
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计算机wenku.baidu.com成原理
•产生DRBUS微命令信号的电路表达式： DRBUS = M1•T4+LAD •M2 •T3 + ADD•M3•T3
计算机组成原理
课程设计
主讲教师：谭志虎、王小兰
计算机组成原理
课程设计目的 • 加深对冯诺依曼体系结构计算机组成及其各部分功能 的理解．进一步建立整机的概念。 •加深对计算机数据通路的理解、加深对计算机指令系 统、微指令的认识，并通过时序控制，完整地设计一个 简单的计算机系统。 •锻炼学生初步的计算机系统分析和设计能力。 •锻炼学生分析、定位和排除故障的能力。
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计算机组成原理
2、控制器组成与指令周期流程图
不同的通路结构,流程不尽相同
不同的器件,控制信号的形式不尽相同
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３、指令和微指令的格式
操作码(OP)
地址码字段(A)
指令长度、ＯＰ位数、Ａ的位数及支持的寻址方式
微指令的长度、控制字段位数、顺序控制字段的设置
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计算机组成原理
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DR的值可能来源于:
•单累加器结构的运算器中作为操作数 寄存器
•AC •主存 •IR的形式地址部分(与寻址方式有关)
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共享总线的处理
DBUS
DR
IR
AC
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数据冲突的处理
•除图示的情况外,在课程
设计过程中还有很多地方 开
关
存在可能数据冲突,需要
控 制
器
特殊处理—相应器件输出
DR→BUS
指 令
译 码
器 LAD
ADD
…
≥1
&
&
&
时序产生器 M1 M2
M3 M4
T1
T2 T3
T4
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指令周期
机器周期（取指令）
机器周期（执行指令）
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4
ADD 10
Data Path
(PC)→IR
(10)+AC →AC
(PC)→AR MEM→DR DR→IR IR(A)→AR MEM→DR 取操作数
带三态并进行有效控制
244
L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 接灯
19 16 15 12 9 6 5 2
373
18 17 14 13 8 7 4 3
G传能端 输出控制
13
11
10
9
181
B3 B2 B1 B0 18 20 22 1 15 14 13 12
395
A3 A2 A1 A0 19 21 23 2
3456
S3 S2 S1 S0
__ OE CP
13
11
10
9
181
B3 B2 B1 B0 18 20 22 1 15 14 13 12
访问主存(读/写)
执行微指令
PC取决于
IR下址字段或PC++
• PC如何取值
• 主存控存共用的问题
• 取指令微指令完成取指令
– 初始值0000 取指令微指令 – 根据IR(OP)进行转移 – PC++ 或者下址字段 – 什么时间选择什么值？
– 访存冲突必须分时使用
•
– 主存地址4个来源
– PC、0000、PC、IR(A)
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确定 设计的总体要求 设计主机的逻辑框图 选择适当的芯片实现逻辑框图中的功能模块
设计指令系统 画出指令周期流程图及逻辑控制信号 将指令周期流程图中的逻辑控制信号具体化
优化控制信号并设计微程序 连线、调试
组 成
实 现
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计算机组成原理
一、相关的基础理论
1、CPU的功能与组成
a)CPU的四项功能 b)完成功能需要的基 本结构 c)重要的寄存器 PC、IR、AR、AC、 DR
– 如何分时使用
第一条微指令如何取出
– 固定时序电路完成 – 上电就开始取微指令 – T4下跳沿
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6、细节处理及选择合适的芯片
微地址寄存器的值可能来 自于三处: •指令的OP •0地址(取微指令) •微指令的地址字段
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DR的作用
•CPU和主存之间信息传送的中转站 •补偿CPU和主存之间的速度差异
DR+AC→AC
运算
Control Signal PCout,LDAR, RD, LDDR,LDIR,PC++
IRout, LDAR, RD, LDDR, + , ALUout
微指令周期
访问控存(读) 取微指令
PC=0000
访问主存(读) 执行微指令
微指令周期
访问控存(读)
取微指令
PC取决于 IR(OP)
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课程设计任务 •根据课程设计指导书的要求，制定出设计方案 •画出自己所设计计算机系统的原理框图和器件连接图， 分析器件连接图中各器件不同引脚的功能，哪些可以固 定连接，哪些需要通过微程序来控制，以及这些控制信 号的有效形式。 •画出各指令的指令周期流程图和所需要的控制信号 •设计出实现指令功能的微程序 •布线、调试、验收 •课程设计报告和总结(!)
…
…
操作控制字段 下址字段
取指微指令 加法微程序 取数微程序 存数微程序 转移微程序
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5、采用硬连布线设计控制器的方法 (1)硬布线控制器的时序体制 •主状态周期----节拍电位---节拍脉冲 三级体制
指令周期
CPU周期 时钟周期
•本实验台上有时钟周期T1-T5,需要自己产生CPU周期
微程序存放示意图
主存储
60 LAD R0，(80) 61 ADD R0，(81) 62 JO 75 63 STA (R1) ，R0 64 HALT
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000
… 地址
控制存储器CS
XXXX X0X01X0X X0X01X1X X0X00X0X X0X00X0X X0X11X0X X0X00X0X X0X00X0X
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计算机组成原理
课程设计要求
• 利用各单元实验和课堂上所学知识，选择适当的芯片， 设计简单的计算机系统. •在完成数据通路设计并验证数据通路功能的基础上增加指 令和微指令控制的功能． •以自己所设计的计算机系统为硬件环境，设计出各指令周 期流程图，并设计出相应的微命令。 •以手动方式产生各指令执行过程中所需要的微命令,控制 指令的执行。 •设计控存，并将各指令的微程序存放在CM中，经过适当 的时序控制，通过微程序自动控制指令的执行。