华北电力大学8位模型机设计实验报告资料

华北电力大学

实验报告

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实验名称8位模型机的设计

课程名称计算机组成原理

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专业班级：网络成绩：

学生姓名：学号：

指导教师：王晓霞实验日期：2015.11.28

目录

一、摘要 (3)

二、前言 (3)

三、设计目的、任务与内容 (3)

3.1设计目的 (3)

3.2设计任务 (4)

3.3设计内容 (4)

四、八位模型机整体设计 (4)

4.1总体结构 (4)

4.2指令系统 (7)

4.3运算器 (8)

4.4存储器 (9)

4.5控制器 (10)

4.6指令流程图和操作时间表 (14)

4.7微指令码 (20)

五、成员分工 (21)

六、实验感想与讨论 (21)

七、参考文献 (22)

程序计数器：PC

程序状态字寄存器：PSW

（2）非编程寄存器（8位）

暂存器C：暂存来自主存的源地址或源操作数。

暂存器D：暂存来自主存的目的操作数地址或目的操作数。

指令寄存器IR：存放现行指令。

地址寄存器MAR：提供CPU访问主存的地址。

数据缓冲寄存器MBR：与数据总线双向连接，存储数据、控制命令与操作。

2.运算部件

（1）运算部件以算术、逻辑运算部件ALU为核心，采用两片4位的SN74181（负逻辑）

芯片，由微命令M、S

0、S

1

、S

2

、S

3

选择ALU操作功能，C

是送入最末尾的进位信号。

（2）ALU输入端设置A、B两个多路选择器，用以选择数据来源，具体见数据通路图。

3.总线与数据通路结构

（1）内总线：八根单向数据传送线，连接到有关寄存器对应的D输入端。

（2）系统总线：地址总线、数据总线、控制总线。具体见通路图。

模型机的数据通路

4.各类信息的传送路径

（1）指令信息传送

（2）地址信息

1）取指信息：

2）顺序执行时的后继指令地址：

3）操作数地址

寄存器间址寻址方式：（R）

双重间址寻址方式@（R）+

C

（3）数据信息传送

1）

2）

3）

4）

寄存器寄存器

Ri ALU MBR 数据总线 M

打入

打入

主存寄存器

主存主存

M 数据总线 MBR ALU Rj

读出打入

置入

M（源单元） MBR ALU C

C ALU MBR M（目的单元）

读出、置入打入

打入写入

Ri A(或B) ALU 移位器内总线 MAR

打入

寄存器主存

Ri A(或B) ALU 移位器内总线 Rj

写入

Ri A(或B) ALU 移位器内总线 MAR

Ri A(或B) ALU 移位器内总线 MAR

ADD——加法运算，操作码01

（3）双操作数算数逻辑指令：

SUB--减法运算，操作码10

（4）单操作数算数逻辑指令：

COM——求反，操作码11

4.3运算器

1.运算器的组成结构

（1）运算器使用的2片SN74181（负逻辑）组成，采用组内并行组间串行进位的方法，共8位，其组成图如下：

（2）运算器实现的功能表

A加A=2A，算术左移一位

4.4存储器

主存基本组成如下所示，根据MAR中的地址访问某个存储单元时，先经过地址译码、驱动等电路找到所需访问的单元，读出时，需经过放大器将被选中单元的存储字送到MDR，写入时，MDR中的数据也必须经过写入电路才能真正写入到被选中的单元中。

4.5控制器

1.控制器逻辑组成（结构图如下）

（1）控制存储器CM

采用只读存储器，用来存放微程序，每个单元存放一条微指令的代码，需要几十位（2）微指令寄存器μIR

存放从控制存储器中读取的微指令，分为两个部分：

①微命令字段：直接作为微命令或者分成若干小段经译码后产生微命令

②微地址字段：指明后继地址的形成方式，使微程序连续执行

（3）微地址形成电路

提供两类微地址的形成方式：

①后继微地址：由现行微指令中的控制字段，现行微指令地址，微程序转移时的微指令地址，机器运行状态等决定。

②微程序入口地址：由机器指令的操作码等决定。

（4）微地址寄存器μAR

存放后继微地址

2.微程序的设计

针对模型机数据通路结构的需要，将微操作控制字段分为三个部分：

（1）基本数据通路操作的控制字段，其中包含输入选择、ALU功能选择、移位选择、内总线输出分配；

（2）访问主存的控制字段，其中包含地址选择、读写控制；

（3）辅助操作的控制字段，即将前两类基本操作未能包括的其它零星操作（如开中断、

关中断等）归为一类，称为辅助操作；

3.时序系统的设计

4、CPU 控制流程

P

微指令周期

微指令 打入 µIR

控制数据 通路操作

结果打入 目的地，

读取

后续微指令

后续微地址 打入 µAR