简单实验计算机的设计Word格式.docx
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采用单累加器多寄存器结构（开关KA、KB、KC、KR分别置左、右、右、左）。
（2）指令系统：
小于等于8条指令，无外设。
（3）内存寻址方式：
直接地址寻址，立即数寻址，累加器直接寻址。
（4）微程序设计微操作信号发生器。
4.2、设计整机逻辑框图
4.3、设计指令系统
4、
（1）实验计算机的指令系统具体由以下5条指令组成
LDAaddr1
（2）指令操作数寻址方式及其编码
MOVRi#data：
寻址方式：
立即数寻址功能：
data→Ri
编码：
指令编码：
000000Ri（R1）,data
1
d7
d6
d5
d4
d3
d2
d1
d0
LDAaddr1：
直接地址寻址功能：
（addr1）→A
指令编码：
000010a9,a8,a7~a0
a7
a6
a5
a4
a3
a2
a1
a0
ADDA,Ri：
累加器直接寻址功能：
（A）+（Ri）→A
010100Ri（R1）
STAaddr2：
A→（addr2）
010110a9,a8,a7~a0
HALT:
功能：
停机
10100000
4.4设计指令执行流程
双字节指令MOVRi，#data
该指令功能为data→Ri，需执行如下微操作：
①（PC）IABOAB；
程序计数器PC内容作访问内存地址
②（M）ODBIDBIRl；
读出指令字节送指令寄存器IR1
③（PC）+1PC；
PC加1，为取下条指令字节准备
④（PC）IABOAB；
；
根据PC访内存
⑤（M）ODBIDBRi；
取出本指令第二字节（即data）送Ri
⑥（PC）+1PC；
其中，①②必须同一拍；
③可单独一拍也可与①②合一拍；
④⑤也必须同一拍；
⑥可
单独一拍也可与④⑤合一拍。
推荐采用如下方案：
T0（第一拍）：
①
②
③
T1（第二拍）：
④
⑤
⑥
双字节指令LDAaddr
该指令功能为（addr）→A，需执行如下微操作：
④（PC）IABOAB；
根据PC访问内存
⑤（M）ODBIDBIR2；
取出本指令第二字节送IR2
⑥（PC）+1PC；
⑦I2.I1.I0（IR2）IABOAB；
由IRl低3位和IR2的8位形成11位操作数
地址
⑧（M）ODBIDBTMP；
从内存读出操作数送TMP
⑨（TMP）A；
TMP内容经ALU传送，存入A
⑦⑧也必须同一拍；
⑨可以单独一拍也可与⑦⑧合一拍；
③可单独一拍也可和①②合一拍；
⑥可单独一拍也可和④⑤合一拍或者和⑦⑧合一拍（TMP设置为直通）。
T0（第一拍）：
②
③
T1（第二拍）：
⑤
⑥
T2（第三拍）：
⑦
⑧
⑨
单字节指令ADDA，Ri
该指令功能为（A）+（Ri）→A，需执行如下微操作：
①（PC）IABOAB；
②（M）ODBIDBIRl；
内存该地址单元读出指令字节送指令寄存器IR1
④（A）ACT；
累加器A内容送累加器暂存器ACT，为ALU准备好被加数
⑤（ACT）+（Ri）BUFIDBA；
使暂存器TMP输出高阻，读Ri寄存器内容，使ALU执行加法，结果经BUF至DB最后送人累加器A
⑥Cn+4CY；
据加法结果置进位标志CY
其中，①②必须在一拍（即取指令周期）内完成；
⑤⑥也必须在同一拍内完成；
而④不可
以和⑤⑥在同一拍，但可以和①②在同一拍；
③可以和⑤⑥同拍也可以和①②同拍；
也可把
③、④单独一拍，甚至③和④各一拍也可以。
②
③
④
⑤
⑥
双字节指令STAaddr
该指令功能为A→（addr），需执行如下微操作：
RR,A,B,/Cn,M,S3,S2,S1,S0
OB
CL
⑧（ACT）BUFIDBODB；
读A内容经ALU传送至IDB，存人ODB
⑨ODB（M）；
将ODB里的数写入到内存中。
4.5、确定微操作控制信号及其实现方法
4.5.1.设计微操作信号
（1）运算器模块（ALU）
ZC=
CP=
SA接X0接M17
SB接X1接M16
PO接CY
Pl接A0接SR
P2接A7接SL
CA接/φ
S3～S0接M23～M20
/Cn接M19
M接M11
CG接Ml8
CC接/φ
OB接M8
（2）寄存器堆模块（REG）
WR=
RR接M1
A接I0
B接I1
（3）指令部件模块（I_PC）
CL=
P+l接M7
GI接M6
CI接
CK接PO
CLR接+5V
0I接M15
LP、PC0如图2-15所示。
（4）内存模块（MEM）
RC=M2+
WC=M3+
（5）总线缓冲模块（BUS）
Bl、B3接RF
B2=RC+IAB2·
IAB10
KA接IAB0
PA接IAB1
（6）启停和时序模块（R_P）
DR接M5
RCP接
（7）微程序控制模块（MPG）
MLD接M4
MP+1接+5V
MCLR接RO
MCLK接P0
MIG接地
MDl0～MD6接地
MD5接I7
MD4接I6
MD3接地
MD2接I3
MDl～MDO接VCC（+5V）
4.5.2.微操作信号的实施
用PLD实验板实施,先在PC机Synario环境下编辑微操作信号的硬件描述文件，然后编译成相应的熔丝图文件，最后通过PC机并行口下载电缆将熔丝图文件烧到PLD实验板上的ispLSI2096内，即完成了微操作信号的实施。
4.5.3设计微指令的格式
指令助记符
位
23222120
19181716
15141312
111098
7654
3210
信号
S3S2
S1S0
CnM
X1X0
OICL
‘CP’/
CGOT
LP’OB
GIP+1
DRMLD
WC’RC’
RRWR’
微指令码
（十六进制）
有效电平
011*
****
0000
0100
0001
微地址
取指微指令
000H
1000
0111
0110
1010
00876A
001
002
003
1111
1011
008FFB
004
005
LDAaddr
007
1100
00CFFA
008
0011
030FBA
009
00A
013
1001
1110
9BAEBC
014
015
STAaddr
017
018
080EB6
019
01A
023
008F9E
024
4.5.4确定微程序控制方式
一、确定微程序入口地址形成方法
采用“按操作码散转”的方法确定微程序入口地址的形成。
该方法以指令操作码（（8位）为核心，扩展成11位的微程序地址即MD1O～MDO。
IRl的I7.I6.I2为指令操作码，每条指令执行不超过4拍，即微程序可由多至4条微指令组成，那么可按下图形成各微程序首地址
MD10～MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD0
└──┘││││└───┘
││││││
“0”I7I6“0”I3“1”
按指令操作码散转
指令操作码
I7I6I3
微程序首址
MD10～MD0
000
001
010
011
100
003H
007H
013H
017H
023H
二、确定控存的顺序控制方法
控存的顺序控制方法采用计数增量方法。
即每段微程序执行过程中MPC加1计数，指向下一条微指令地址。
4.5.5编写各指令的微程序
节拍
T0
T1
T2
4.6、编写调试程序
4.6.1汇编程序：
MOVR1#20H
LDA55H
ADDA,R1
STA56H
4.6.2、编写ABEL程序，并烧到PLD实验板
MODULECESB
title'
ThisisanexampleforhowtousePLDBoard'
"
DefineComputerInput/OutputPins:
BLOCK1
IAB10PIN45;
IAB9PIN44;
IAB8PIN43;
IAB7PIN42;
IAB6PIN41;
IAB5PIN40;
IAB4PIN39;
IAB3PIN38;
IAB2PIN37;
IAB1PIN36;
IAB0PIN35;
RCPIN34;
WCPIN32;
B2PIN31;
IDB0PIN30;
IDB1PIN29;
IDB2PIN28;
IDB3PIN27;
IDB4PIN26;
IDB5PIN25;
IDB6PIN24;
IDB7PIN23;
I0PIN22;
I1PIN21;
I2PIN13;
I3PIN12;
I4PIN11;
I5PIN10;
I6PIN9;
I7PIN8;
PCOPIN7;
PINCPIN6;
LPPIN5;
GIPIN4;
OIPIN3;
BLOCK2
CLPIN2;
RRPIN128;
WRPIN127;
SBPIN126;
SAPIN125;
APIN99;
BPIN100;
P1PIN123;
P2PIN56;
CGPIN124;
CYPIN110;
CTPIN122;
OTPIN121;
ZDPIN20;
CPPIN120;
S3PIN119;
S2PIN118;
S1PIN117;
S0PIN109;
MPIN108;
CNPIN107;
SRPIN106;
SLPIN105;
X0PIN104;
X1PIN103;
A7PIN84;
A0PIN51;
OBPIN102;
ROPIN78;
DRPIN101;
CLKPIN46;
BLOCK3
M23PIN98;
M22PIN96;
M21PIN95;
M20PIN94;
M19PIN93;
M18PIN92;
M17PIN91;
M16PIN90;
M15PIN89;
M14PIN88;
M13PIN87;
M12PIN86;
M11PIN85;
M10PIN77;
M9PIN76;
M8PIN75;
MD8PIN66;
MD7PIN63;
MD6PIN62;
MD5PIN61;
MD4PIN60;
MD3PIN59;
M7PIN74;
M6PIN73;
M5PIN72;
M4PIN71;
M3PIN70;
M2PIN69;
M1PIN68;
M0PIN67;
MD2PIN58;
MLDPIN57;
BLOCK4
"
MIG==0
PAPIN55;
KAPIN53;
PBPIN54;
KBPIN52;
READNODE;
EQUATIONS
DefineConnectionsandLogic:
**********ALU**********
CP=!
（M13&
CLK）;
SA=M16;
X0=M16;
SB=M17;
X1=M17;
P1=A0;
SR=A0;
S3=M23;
S2=M22;
S1=M21;
S0=M20;
CN=M19;
M=M18;
CG=M11;
OB=M8;
OT=M10;
CT=1;
************REG************
WR=!
（M0&
RR=M1;
A=I0;
B=I1;
*************I-PC***********
CL=!
（M14&
PINC=M6;
GI=M7;
OI=M15;
PCO=!
M6;
LP=（!
M9）&
（!
I4&
!
I3&
ZD
#!
I3&
CY
#I4&
A0
I3）;
**************MEM*********
RC=M2#!
CLK;
WC=M3#!
**************BUS**********
B2=M2#IAB2&
IAB10;
KA=IAB0;
PA=IAB1;
IDB0=KB;
IDB7=KA;
IDB0.OE=READ;
IDB7.OE=READ;
READ=!
（M2#!
（IAB10&
IAB2））;
**************R-P************
DR=M5;
***************MPG***********
MLD=M4;
MD8=0;
MD7=0;
MD6=0;
MD5=I7;
MD4=I6;
MD3=0;
MD2=I3;
ENDCESB
4.6.3、利用FD-CES控制台将汇编程序输入内存
1、输入内存
如要将程序和数据分别写入内存的相应单元中，相应的操作和显示如下表
操作
显示
M/CM置左
RET（或STOP）
CPUREADY（或小数点消失）
000LOAD
000xxxxx
01W+1
001xx01
20W+1
002xx20
08W+1
003xx08
55W+1
004xx55
51W+1
005xx51
58W+1
006xx58
56W+1
007xx56
A0W+1
008xxA0
2、读内存
将内存中的相应单元的数据读出，检查上一步键入是否正确,相应的操作和显示如下表
00001xxx
R+1
00120xxx
00208xxx
00355xxx
00451xxx
00558xxx
00656xxx
007A0xxx
4.6.4．利用FD-CES控制台将指令的微程序输入控存
一、写控存（键人微程序）
把微程序分别写入控存的相应单元中，相应的操作和显示如下表。
M/CM置右
000xxxxxx
00876AW+1
001xxxxxx
RET
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