沈阳理工大学课程专用纸成绩评定表沈阳理工大学课程专用纸课程设计任务书沈阳理工大学课程专用纸目录1. 实验计算机的设计 (2)1.1整机逻辑框图设计及整机的逻辑框图 ................21.2指令系统的设计 ..................................31.3微操作控制部件的设计 ............................61.3.1微指令编码的格式设计 (6)1.3.2微操作控制信号设计 (6)1.3.3微程序顺序控制方式设计 (7)1.4编写调试程序 ...................................152．实验计算机的组装 (16)3．实验计算机的调试 (16)3.1 调试前准备 ....................................163.2调试步骤和调试结果 .............................193.3心得体会 .......................................194、参考文献 .......................................211沈阳理工大学课程专用纸1. 实验计算机的设计1.1整机逻辑框图设计及整机的逻辑框图此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。

74299程序计数PC地址寄存AR数据暂存LT1数据暂存LT2MER2R2寄存寄存R2寄存脉冲源及时微控指令寄存IR输入设输出设2沈阳理工大学课程专用纸图1.1模型机结构图1.运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器LDR1，LDR2，及三个通用寄存器R0，R2等组成。

2.控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。

3.存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。

4输入设备是由置数开关SW控制完成的。

5.输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的图1-1中运算器ALU由U7--U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。

微控器部分控存由U13--U15三片2816构成。

除此之外，CPU的其他部分都由EP1K10集成。

存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H--FFH。

输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动构成，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。

在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244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，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。

本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。

当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时，只有低八位有效。

1.2指令系统的设计规定：表1.1寄存器表Rs或rd 选定寄存器R 00 0R 01 1R 102（1）存储器访问及转移指令，结果LDA），）JMP2条转移指令，即无条件转移（，取数（STA2 设计的条访问指令，即存数（）存储器的访问表：，指令格式见表BZC为零或有进位转移指令（）1.2 存储器的访问表表1.2045 7 63 1 23沈阳理工大学课程专用纸rdOP-CODE 00MDM的不同其定义也不相同D为位移量，D随其中OP-CODE为操作码，rd为寄存器。

M为寻址模式，寻址模式表：1.3（2）寻址方式见寻址模式1.3有效地寻址模ME直接寻00E=D间接寻01E）R1变址寻址10 R1）+D E=（相对寻址）11E=（PC+D。

注：本机规定变址寄存器R1指定为寄存器R2 3（）I/O指令输入（操作码表：1.4I/O IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，格式见表0 1 3 7 6 5 4 2rdOP-CODEaddr操作码表表1.4I/OOP-CODE=0100从“数据输入电路”中的开关组输入数据；当OP-CODE=0100且addr=10时，其中，当 addr=01时，将数据送到“输出显示电路”中的数码管显示。

且 1.5：（4）指令助记符，功能及格式见表 1.5指令格式表能功指令的格式汇编符号rd 0 rd 00 0111 CLR rdrd rs 1000 rs rd rd MOV rs，rd rs+rd+cy rd ADC rs，1001 rd rsrdSBC rs 1010 rd ，rs rd rs-rd-cy4沈阳理工大学课程专用纸rd rd+1 rs rd INC rd 1011rd rd rs∧rd ，AND rs rd 1100 rsrd rd rd COMrd1101rsrscyrdrRRCrdrsrdrs1110rRLCrd1111rsrdrscyrdrsrsrdE00LDArdM00DErdrdSTArd00M01DＰ100JMPD00MCY=Z=时1100BZCD00MPE010001rdrdaddrrdINaddOUT add010110rdrdrdaddr停HALT指令编码表：1.6 5（）指令编码：表5沈阳理工大学课程专用纸微操作控制部件的设计1.3微指令编码的格式设计1.3.1设计三个控制操作微程序：CA2、CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1存储器读操作（MRD）：拨动清零开关连续读操作。

00”时，按“单步”键，可对RAM为“CA2、对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1）存储器写操作（MWE：拨动清零开关CLR 连续写操作。

”时，按“单步”键，可对RAM为“10”11为“指令译码输入CA1、CA2）启动程序（RUN：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，号“取指”微指令，启动程序运行时，按“单步”键，即可转入到第01 24位，其控制顺序表1.7 本系统的微程序字长共为三个译码字段，分别由三个控制位译出多位，。

为6位后续地址，F1,F2,F3uA5-uA0其中微操作控制信号设计1.3.2微指令中个控制位的含义如下：是写内存的微命令，状是控制运算器的逻辑和算术运算的微命令。

、CNWE、、S2S1、S0、MS3选通控制微命令，分别对应状态选通、输出LED1B”有效。

1A、是输入电路选通、内存RAM1态“为三个译码字段，分别由三个控制位经指令F3F200状态“”为无效。

F1、、”“”“”“11、10、01。

”种状态分别对应一组互斥性微命令中的一个，状态“种状态，前译码输出译码电路74138871116沈阳理工大学课程专用纸为无效。

F3字段包含P1- P4四个测试字位。

其功能是根据机器指令代码及相应微指令代码进行译码测试，使微程序转入相应的微地址入囗，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。

控制操作为P4测试，它以CA1、CA2作为测试条件，出现了写机器指令、读机器指令和运行机器指令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控存一个微地址单元随意填写。

机器指令的执行过程如下：首先将指令在外存储器的地址送上地址总线，然后将该地址上的指令传送至指令寄存器，这就是“取指”过程。

之后必须对操作码进行P1测试，根据指令的译码将后续微地址中的某几位强制置位，使下一条微指令指向相应的微程序首地址，这就是“译码”过程。

然后才顺序执行该段微程序，这是真正的指令执行过程。

在所有机器指令的执行过程中，“取指”和“译码”是必不可少的，而且微指令执行的操作也是相同的，这些微指令称为公用微指令。

表1.8Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案F1字段F2字段F3字段9 8 选择7 15 14 13 选择选择12 11 10P1 0 0 LDRi RAG 0 0 0 0 0 0 0AR 1 1 0 0 0 0 ALU-G 1 LOAD 0 0P30 1 0 00 0 1 LDR2 01 RCG自定0 0 1 1 1 1 0 自定义1 自定义1 义1.3.3微程序顺序控制方式设计1.微程序控制部件组成原理[1] 运算器单元（ALU UINT）运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并－串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。

ALU的S0～S3为运算控制端，Cn为最低进位输入，M为状态控制端。

ALU的输出通过三态门74LS245连到数据总线上，由ALU-B控制该三态门。

7沈阳理工大学课程专用纸[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）该部分由3片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。

三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由LDRi和RS-B根据机器指令进行选通。

[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序的跳转，由LDIR控制其选通。

[4] 时序电路单元（STATE UNIT）用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。

[5] 微控器电路单元（MICRO－CONTROLLER UNIT）微控器主要用来完成接受机器指令译码器送来的代码，使控制转向相应机器指令对应的首条微代码程序，对该条机器指令的功能进行解释或执行的工作。

由输入的W/R信号控制微代码的输出锁存。

由程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）实现程序的取指功能。

[6] 逻辑译码单元（LOG UNIT）用来根据机器指令及相应微代码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、循环运行，及工作寄存器R0、R1、R2的选通译码。

[7] 主存储器单元（MAIN MEM）用于存储实验中的机器指令。

[8] 输入输出单元（INPUT/OUTPUT DEVICE）输入单元使用八个拨动开关作为输入设备，SW-B控制选通信号。

输出单元将输入数据置入锁存器后由两个数码管显示其值。

8沈阳理工大学课程专用纸图1.2微程序控制原理图2.微程序入口地址形成方法由于每条机器指令都需要取指操作，所以将取指操作编制成一段公用微程序，通常安排在控存的0号或特定单元开始的一段控存空间内。

每一条机器指令对应着一段微程序，其入口就是初始微地址。

首先由“取指令”微程序取出一条机器指令到IR中，然后根据机器指令操作码转换成该指令对应的微程序入口地址。

这是一种多分支(或多路转移)的情况，常用三种方式形成微程序入口地址。

（1）一级功能转移如果机器指令操作码字段的位数和位置固定，可以直接使操作码与入口地址码的部分位相对应。