基本模型机的设计与实现
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基本模型机的设计与实现课程设计报告收藏
一、实验基本任务
1、由基本单元电路构成一台基本模型机。
2、设计五条机器指令，并编写相应的微程序。
3、调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的控制信号正常工作。
二、设计方案
1、硬件设计
（1）设计微程序控制电路
微程序控制器的组成：控制存储器：EPROM2816*3，8D触发器74ls273*2，4D触发器74ls74*3；微指令寄存器格式：18位微指令，6位微地址。
（2）设计时钟信号源和时序控制电路
时钟信号源的组成：时基电路555，可触发单稳态多谐振荡器74ls237*2，输出频率为330-580Hz的方波信号。
时序控制电路：4D触发器74ls175*1组成移位寄存器电路。
（3）设计主存储器
主存电路的组成：6264存储器（8K*8位）*3，地址寄存器：74ls273*1，三态门：74ls245*1。
2、微控制设计
（1）实现存储器读操作；
拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 0”时，按要求连线后，连续按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。
（2）实现存储器写操作；
拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动写入。
（3）实现程序运行操作。
拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“1 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
3、机器指令设计
（1）输入指令：in；输入外部开关量的状态，送入寄存器R0。
（2）二进制加法指令：add addr；
（3）存数指令：sta addr；
（4）输出指令：out addr；
（5）无条件转移指令：jmp addr；
三、设计电路原理图（说明各器件的功能作用）
设计电路原理图如图1所示：
图l 数据通路框图
四、系统原理图（说明整机的工作过程）
系统原理图如附图1所示。
部件实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，实验计算机数据通路的控制将由微程序控制器开完成，CPU从内存中取出一条机器只到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
1、有关微控制器部分在算术运算实验中以详细介绍。
、处存储器的读、写和运行2
为了想主存储器的RAM中装入程序或数据，并且检查写入是否正确以及能运行主存储器中的程序，必须设计三个控制操作微程序。
存储器读操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 0”时，按要求连线后，连续按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。
存储器写操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动写入。
运行程序：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“1 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
上述三条控制指令用两个开关SWC、SWA的状态来设置，其定义如下：
SWC
SWA
控制台指令
1
1
1
读内存
写内存
启动程序
根据以上要求设计数据通路框图，如图1所示。微代码定义如表1所示。
表1 基本模型机微指令结构图
微程序
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
控制信号
S3
S2
S1
S0
M
CN
RD
M17
M16
A
B
P
uA5
uA4
uA3
uA2
uA1
uA0
A字段
B字段P字段
15
14
13
控制信号12
11
10
控制信号9
8
7
控制信号
1
LDRI
RS_G 0
1
P1
1
0 LDDR1 0
1
1
1
1 LDDR
2 0
1
1
1
1
1
0 LDIR 1
1
P4
1
1
LOAD
1
1
ALU_G
1
1
1
1
LDAR
1
1
PC_G
1
1
LDPC
系统涉及到的微程序流程见图2，当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的高4位（I7—I4操作码）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。
控制台操作为P4测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用一个微地址单元随意填写。
当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表2即为图2的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。