模型机设计说明.doc

模型机设计 一、实验台构造的模型机模块中的各种控制信号汇总： 图1 实验台硬件布局图 ① 缓冲输入模块: 控制信号 SW-B,控制输入信号从开关部件输入到总线。 注意：总线没有锁存能力，如果该信号关闭，则数据立刻丢失，总线上数据变为FFH。 ② 地址总线模块：控制信号LDAR,控制数据（地址信号）从总线打入地址寄存器(AR)。 ③ 内存模块：控制信号 WR,内存的读/写控制信号，配合控制信号CE,内存的片选信号，对内存进行读/写操作。CE = 1,WR = 1，进行内存写操作；CE = 1, WR = 0, 进行内存读操作。 ④ 锁存输出模块：控制信号 LDED,控制数据从总线打入输出模块的锁存器，通过LED灯进行显示。 ⑤ 寄存器组：两组控制信号,控制数据从总线输入Ri的控制信号- LDR0,LDR1和LDR2；控制数据从寄存器Ri送到总线上的控制信号R0-B,R1-B,R2-B。 ⑥ 数据总线模块，这个模块没有控制信号，就是个显示模块，显示当前总线上的数据情况。 ⑦ 指令寄存器模块：控制信号LDIR，控制总线上的数据（指令）从总线打入指令寄存器IR。 ⑧ 运算器单元模块：这个模块的的控制信号主要包括三类，第一类控制信号是ALU的两个输入寄存器的打入控制信号LDDR1和LDDR2；第二类控制信号是ALU的运算方式控制信号S0、S1、S2、S3、M,CN；第三类控制信号ALU和移位寄存器299数据送总线的信号，ALU-B和299-B。另外还有一个特殊的AR控制信号，这个信号的作用是将当前的ALU运算得到的标记位ZF和CF锁存，以供转移类指令JC和JZ进行参考。 ⑨ 程序计数器模块: 控制信号LOAD和LDPC配合，LOAD=1且LDPC=1,将数据（指令地址）从总线打入程序计数器PC；LOAD=0且LDPC=1,控制PC自增。 ⑩ 时序起停单元模块:没有需要CU进行控制的信号，这是一个用于发出节拍信号的模块，在使用实验台时，必须保证连接好，以提供必需的时钟信号。 以上为主要模块介绍，实验台上其它模块多为扩展模块，没有什么需要CU进行控制的。 实验台提供了手动控制和按键控制模式。前面我们做过的所有模块实验都是采用手动方式，由实验模块⒄手动二进制开关单位控制输入，按下[单步]键后，产生一个节拍信号，促使控制信号生效。从本次实验开始，要尝试通过编写微程序，连续运行微程序，完成指令的处理。 二、微指令格式分析: 实验台设计的微指令32位，包括26位的操作控制字段和6位的下地址字段。操作控制字段中含有两个3位的直接编码字码，以及20位的直接控制位。具体格式分析如下。 微指令格式: 整个32位的微指令，分成了4个区域，0区-最高的第3字节；1区-第2字节；2区-第1字节，3区- 最低的第0字节。各位代表的含义如下： 图2 微指令格式定义 其中，需要注意的是26位的操作控制字段M25~M0中，字段CBA和PX3、PX2、PX1是由硬件支持通过译码产生控制信号的，CBA三位的字段也就是教材上提到的字段译码方式，译码情况如表1所示；而PX3、PX2、PX1则相当于教材上提到的决定下地址产生方式的判断条件，具体分支情况如表2所示。 表1 CBA译码表 表2 条件测试字段译码 C B A 控制信号 0 0 0 无信号 0 0 1 PC-Bus 0 1 0 ALU-Bus 0 1 1 299-Bus 1 0 0 R0-Bus 1 0 1 R1-Bus 1 1 0 R2-Bus PX3 PX2 PX1 测试 下地址决定 0 0 0 关闭测试 0 0 1 P(1) OP(IR)分支 0 1 0 P(2) 判寻址方式 0 1 1 P(Z) Z标记测试 1 0 0 P(I) 中断响应 1 0 1 P(D) 中断服务 1 1 0 P(C) C标记测试 微指令的下地址字段UA0~UA5,共6位，支持在最多64条微指令的范围内以任意顺序执行。 三、微程序流程分析： 图3 基本模型机微程序流程 基于实验台构造的基本模型机，通过微程序的设计，支持拥有5条机器指令的指令集，这5条机器指令如表3所示： 表3 机器指令表 机器指令（助记符形式） 机器指令（二进制形式） 指令功能说明 IN R0, SW 0010 0000 数据开关状态 ( R0 ADD R0,[addr] 0100 0000 xxxxxxxx 双字节指令，R0+[addr]( R0 STA [addr],R0 0110 0000 xxxxxxxx 双字节指令，R0([addr] OUT [addr], LED 1000 0000 xxxxxxxx 双字节指令，[addr](LED JMP addr 1