1、组成原理课程设计,设计题目 模型机设计,课程设计目的,掌握整机动态工作过程 了解微程序控制器的设计，构建指令系统 组建模型机，编写应用程序进行调试,设计内容和要求,1.设计内容 （1）设计指令系统 （2）编写微程序 （3）实验接线 （4）编写应用程序，选择实现下列要求的一种功能 输入两个一位十进制数，计算两数之和，并以BCD码输出 输入一个两位十进制数，求其负值的补码 输入几个数，统计奇数和偶数的个数 2.设计要求 （1）指令在8条以上 （2）寻址方式包括：寄存器寻址、直接寻址、立即数寻址 （3）数据由键盘输入 （4）由数码管显示结果,报告要求,手写 统一封面 第一页为任务书 内容包括：设计目
2、的、设计器材、设计要求、模型机结构、指令编码、微程序、应用程序、接线图、调试、结果分析、总结等。 收报告截止日期：17周周五,EL-JY-组成原理实验仪介绍,底板布局,模型机结构框图,由4片74181构成16位ALU,S3 S2 S1 S0 M Cn 选择运算功能,ALU_G为三态门输出控制信号，低电平可输出,LT1、LT2为数据暂存器，各由2片74273构成,LDR1、 LDR2两个暂存器接数控制，高电平有效,由Ax、Bx、Cx 构成寄存器堆,LRi为寄存器堆的写控制，高电平有效,RiG为寄存器输出控制 ，低电平有效,M S0 S1为移位寄存器功能选择，与ALU使用相同的控制信号,G-299
3、为移位寄存器输出控制信号，低电平有效,在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个74244构成,当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线,在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或串口线输入，可以不用数据输入电路。,输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成,当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示,存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只用低八位,CE为片选信号，低电平有效,WE为读写信号，低电平写，高电平读,LAR为地址寄存器的锁存控制 ，高电平有效,LOAD为程序计数器的置数控制 ，高电平有效,LPC为程序计数器的时钟控制 ，高电平有效
4、,PC-G为程序计数器的输出控制 ，低电平有效,LDIR为指令寄存器的锁存控制 ，高电平有效,工作原理,1数据格式 本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为16位，其格式如下：其中第16位为符号位，数值表示范围是： -32768X32767,2指令格式 （1）算术逻辑指令 设计9条单字长算术逻辑指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。其格式如下,其中OP为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：,（2）存储器访问及转移指令存储器的访问有两种，即存数和取数。它们都使用助记符MOV，但其操作码不同。转移指令只有一种，即无条件转移（JMP）。指令格式如下：,其中OP为操作码，rd为寄存器。
5、M为寻址模式，D随M的不同其定义也不相同，如下表所示：,（3）I/O指令 输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：其中，当OP=0100且addr=10时，从“数据输入电路”中的开关组输入数据；当OP-CODE=0100且addr=01时，将数据送到“输出显示电路”中的数码管显示。,3指令系统 含14条基本指令，其中算术逻辑指令8条，访问内存指令和程序控制指令4条。输入输出指令2条。,基本指令表,基本指令表(续）,4设计微代码微程序设计的关键技术之一是处理好每条微指令的下地址，以保证程序正确高效地进行。本系统采用分段编码的指令格式，采用断定方式确定下一条微指令的地址。,控制
6、场 下地址场 微指令寄存器MIR,微地址形成电路,控存CM,微操作控制信号,指令操作码,状态条件,微指令,微地址,断定方式微程序控制部件示图,每条微指令由24位组成， 其控制位顺序如下：,控制存储器电路,微地址形成电路,微指令译码电路,MS24MS16对应于微指令的第2416位，S3S2S1S0MCn为运算器的方式控制， WE为外部器件的读写信号，1表示写，0表示读；控制总线上的WR为外部读写控制电路的输出，其控制电路为,1A、1B用于选通外部器件，通常接至底板IO控制电路的1A1B端，四个输出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片选端。（注：Y3被系统占用，用于输入中断，Y0Y1Y2能被用户使用）。
7、I/O控制电路由一片74LS139构成，用于为外部器件提供选通信号。其原理和逻辑关系如下图所示：,I/O控制电路,、三个字段的编码方案,LRi为寄存器堆的写控制，它与指令寄存器的第0位和第1位共同决定对哪个寄存器进行写操作,LOAD为程序计数器的置数控制,LDR1、LDR2为运算器的两个锁存控制,LAR为地址寄存器的锁存控制,LDIR为指令寄存器的锁存控制,F1字段6个输出信号均为高电平有效,RAG、RBG、RCG分别为寄存器Ax、Bx、Cx的输出控制,ALU-G为运算器的输出控制,PC-G为程序计数器的输出控制,299-G为移位寄存器的输出控制,F2字段6个输出信号均为低电平有效,P1、P2
8、、P3、P4位测试字，其功能是对机器指令进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支和循环运行,AR为运算器的进位输出控制,LPC为程序计数器的时钟控制,F3字段6个输出信号均为高电平有效,指令译码器电路,设计三个控制操作微程序： 存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。 存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。 启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清
9、零后，指令译码输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入到第01号“取指”微指令，启动程序运行。注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式时由监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关来控制。,微程序流程图,以CA1、CA2为测试条件,13,RUN（11）,开始,PCAR，PC1,RAMD_BUS IR,P1测试,rd D_BUS D_BUS LT1,rs D_BUS D_BUS LT2,LT1 LT2D_BUS rd,01,02,75,31,52,53,01,ADD,SUB,INOUT,以I7I4为测试条件,实验连线图,
