PAGEPAGE34課程設(shè)計（報告）題目：計算機組成原理課程設(shè)計機電系計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)號：學(xué)生姓名：組號：同組成員：指導(dǎo)教師：成績：2010年6實驗一存儲器實驗一、實驗?zāi)康?、掌握靜態(tài)存儲器RAM的工作特性和使用方法。2、了解6116RAM的讀寫電路二、實驗電路及所用的芯片組成實驗路圖見圖1-1，6116的管腳分配和功能見圖1-2圖1-1存儲器電路圖1-2（a）6116管腳分配圖1-2（b）6116功能74LS273是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器，1D～8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作數(shù)據(jù)鎖存器,地址鎖存器。三、實驗原理存儲器實驗電路由RAM(6116)，AR(74LS273)等組成。SW7～SW0為邏輯開關(guān)量，以產(chǎn)生地址和數(shù)據(jù)。6116A8～A10接地，故AR地址從00H～FFH,AR輸出A7～A0,提供存儲器地址，通過發(fā)光二極管或AR數(shù)碼管可以顯示地址。D7～D0為總線，通過發(fā)光二極管可以顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)LDAR為高電平、BUSSW→為低電平，T3信號上升沿到來時，開關(guān)SW7～SW0產(chǎn)生的地址信號送入地址寄存器AR。當(dāng)CE為低電平、WE為高電平、BUSSW→為低電平，T3上升沿到來時，開關(guān)SW7～SW0產(chǎn)生的數(shù)據(jù)寫入存儲器由A7-A0確定的存儲單元內(nèi)。當(dāng)CE為低電平、WE為低電平、BUSSW→為高電平，T3上升沿到來時，存儲器為讀出數(shù)據(jù)，D7～D0顯示由A7-A0所確定的地址中的數(shù)據(jù)。實驗中，除T3信號外，CE、WE、LDAR、BUSSW→為電位控制信號，因此通過對應(yīng)邏輯開關(guān)來模擬控制信號的電平，而LDAR、WE控制信號受時序信號T3定時。四、實驗步驟及數(shù)據(jù)1．預(yù)置下表的邏輯按鍵狀態(tài)(本次實驗中下表狀態(tài)不變，表中-B即-BUS)。SW3DPTJLDDR1LDDR2/ALU-BLDPC/PC-B/R0-B/R1-B/R2-BLDR0LDR1LDR2LDIRf011001011110000上述控制信號的預(yù)置選取了時鐘信號f0(250KHz)，設(shè)置了單步操作方式，關(guān)閉了一些與本次實驗無關(guān)的信號。2、實驗步驟按表2進(jìn)行。實驗對表中的開關(guān)進(jìn)行置1或置0，即對有關(guān)控制信號置l或置0,對應(yīng)的二極管為亮或熄滅。表格中有↑處即是按一次P0鍵。表一運算器實驗步驟及顯示結(jié)果表注意：表中列出的總線顯示D7～DO及地址顯示A7～A0，顯示情況是:在寫入RAM地址時，由SW1開關(guān)量地址送至D7～D0，總線顯示的是開關(guān)量，而A7～A0則顯示上一個地址，在按P0后，地址才進(jìn)入RAMAR寄存器，即在單次脈沖(T3)作用后，A7～A0同D7～D0才顯示一樣五、實驗小結(jié)芯片的一些功能在上面已經(jīng)提了，在這兒就不講了，不過在實驗的過程中要特別注意，對于6116芯片不要掉電，因為6116為靜態(tài)隨機存儲器，如果掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失！，這一點在實驗的過程中我們都深有體會。實驗二數(shù)據(jù)通道實驗一、實驗?zāi)康?、了解運算器模塊與存儲器模塊如何連接。2、掌握計算機數(shù)據(jù)通道的工作原理。二、實驗電路及所用芯片作用<見圖1>圖1數(shù)據(jù)通道電路圖圖1-2（a）6116管腳分配圖1-2（b）6116功能6116是一種2K*8位的高速靜態(tài)CMOS隨機存取存儲器,其基本特征是（1）高速度存取時間為100ns/120ns/150ns/200ns(分別以6116-10、6116-12、6116-15、6116-20為標(biāo)志)。（2）低功耗（3）與TTL兼容。（4）管腳收出與標(biāo)準(zhǔn)的2K*8b的芯片（例如，2716芯片兼容）。（5）完全靜態(tài)——無須時鐘脈沖與定時選通脈沖。（6）HM6116有11條地址線、8條數(shù)據(jù)線、1條電源線、1條接地線GND和3條控制線，運算的結(jié)果是被送到6116芯片。74LS273是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器，D0～D7為數(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作數(shù)據(jù)鎖存器,地址鎖存器。第一腳WR：主清除端，低電平觸發(fā)，即當(dāng)為低電平時，芯片被清除，輸出全為0（低電平）；CP（CLK）：觸發(fā)端，上升沿觸發(fā)，即當(dāng)CP從低到高電平時，D0~D7的數(shù)據(jù)通過芯片，為0時將數(shù)據(jù)鎖存，D0~D7的數(shù)據(jù)不變。74LS138就是38譯碼器，是TTL系列的，也就是74系列，有三個輸入端A0，A1,A2,其中A2是高位，輸出是八個低電平輸出Y0~Y7。三、實驗原理數(shù)據(jù)通路實驗是將前面進(jìn)行過的運算器實驗?zāi)K和存儲器實驗?zāi)K兩部分電路連在一起組成的。原理圖見圖一。實驗中，除T4、T3信號來自單脈沖P0，所有控制信號為電位控制信號，這些信號由邏輯開關(guān)來模擬，其信號的含義與前兩個實驗相同。四、實驗步驟及數(shù)據(jù)1．預(yù)置下表的邏輯按鍵狀態(tài)SW3DPTJLDPC/PC-B/R0-B/R1-B/R2-BLDR0LDR1LDR2LDIRf011011110000上述取了時鐘信號f0，實驗在單步方式下進(jìn)行，關(guān)閉一些與本實驗無關(guān)的控制信號。2．實驗操作按表二進(jìn)行表二表二中，列出了數(shù)據(jù)通路組成實驗的一部分實驗步驟，其它部分同表中的實驗步驟類似，只是實驗的數(shù)據(jù)及存儲單元不同。表中帶X的內(nèi)容是隨機狀態(tài)，它的電平不影響實驗結(jié)果。表中帶↑的地方表示按單次脈沖P0，無↑的地方不要按單次脈沖P0。五、實驗小結(jié)在實驗的過程中特別應(yīng)該注意，A7～A0所接的地址顯示燈顯示情況是在單次脈沖P0后，A7～A0的顯示才與表中相同，否則顯示的是上一個地址。實驗三微程序控制器的設(shè)計一、實驗?zāi)康纳钊雽W(xué)懂計算機各種指令的設(shè)計和執(zhí)行過程，掌握微程序設(shè)計的概念二、設(shè)計思路（原理等）設(shè)計的指令系統(tǒng)，必須能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行加、減運算和無條件轉(zhuǎn)移，而尋址方式方式又有：累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)五種，進(jìn)而想到如下指令：（１）24位控制位分別介紹如下：XRD：外部設(shè)備讀信號，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。EMWR：程序存儲器EM寫信號。EMRD：程序存儲器EM讀信號。PCOE：將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。EMEN：將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通，由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫到EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。IREN：將程序存儲器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計數(shù)器uPC。EINT：中斷返回時清除中斷響應(yīng)和中斷請求標(biāo)志，便于下次中斷。ELP：PC打入允許，與指令寄存器的IR3、IR2位結(jié)合，控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。MAROE：將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上。OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里。STEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。RRD：讀寄存器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。RWR：寫寄存器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。CN：決定運算器是否帶進(jìn)位移位，CN=1帶進(jìn)位，CN=0不帶進(jìn)位。FEN：將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器。X2：X2、X1、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。X1：見16頁表。X0：WEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄存器W中。AEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。S2：S2、S1、S0三位組合決定ALU做何種運算。本實驗采用五條機器指令,根據(jù)上面所說的工作原理,設(shè)計參考實驗程序如下:地址(二進(jìn)制)機器指令(二進(jìn)制)助記符說明0000000000000000IN“數(shù)據(jù)輸入電路”中的開關(guān)狀態(tài)?R00000000100010000ADDR0+[0AH]?R00000001000001010[OAH]0000001100100000STAR0?[0BH]0000010000001011[0BH]0000010100110000OUT[0BH]?BUS0000011000001011[0BH]0000011101000000JMP00H?PC0000100000000000[00H]00001001000000000000101000000001[0A]單元的加數(shù)任意自定此處為01H0000101100000001[0BH]求和結(jié)果其中IN為單字長8位其余為雙字長指令，其余為雙字長指令，××××××××為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。為了向RAM寫入、讀出機器指令，并能啟動程序執(zhí)行，還須設(shè)計三個控制臺操作微程序。存儲器讀（KRD）：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA為“00”時，按START微動開關(guān)，可對RAM連續(xù)手動讀操作。存儲器寫（KWE）：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA為“01”時，按START微動開關(guān)，可對RAM連續(xù)手動寫操作。啟動程序（RP）：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA為“11”時，按START微動開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行。上述三條控制臺指令用兩個開關(guān)SWB、SWA的狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下：SWBSWA控制臺指令00讀內(nèi)存（KRD）01寫內(nèi)存（KWE）11啟動程序（RP）（二）在實驗中使用的模型機的微指令格式如下表給定，長度共24位。微指令譯碼電路如圖1：圖1微指令譯碼電路圖中MS24—MS16對應(yīng)于微指令的第24—16位，S3S2S1S0MCn為運算器的方式控制；WE為外部器件的讀寫信號，‘1’表示寫，‘0’表示讀；1A、1B用于選通外部器件，通常接至底板IO控制電路的1A1B端，四個輸出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片選端。MS15—MS13對應(yīng)于微指令中的F1，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個輸出信號：LRi、LDR1、LDR2、LDIR、LOAD、LAR。其中LDR1、LDR2為運算器的兩個鎖存控制；LDIR為指令寄存器的鎖存控制（見系統(tǒng)介紹中指令寄存器電路）；LRi為寄存器堆的寫控制，它與指令寄存器的第0位和第1位共同決定對哪個寄存器進(jìn)行寫操作（見系統(tǒng)介紹中寄存器堆電路和圖2）；LOAD為程序計數(shù)器的置數(shù)控制，LAR為地址寄存器的鎖存控制（見系統(tǒng)介紹中程序計數(shù)器和地址寄存器電路）。以上6個輸出信號均為‘1’有效。圖1中MS12—MS10對應(yīng)于微指令中的F2，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個輸出信號：RAG、RBG、RCG、299-G、ALU-G、PC-G。其中RAG、RBG、RCG分別為寄存器Ax、Bx、Cx的輸出控制（見系統(tǒng)介紹中寄存器堆電路）；299-G為移位寄存器的輸出控制；ALU-G為運算器的輸出控制；PC-G為程序計數(shù)器的輸出控制（見系統(tǒng)介紹中程序計數(shù)器和地址寄存器電路）。以上信號均為‘0’有效。圖5—3中MS9—MS9對應(yīng)于微指令中的F3，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個輸出信號：P1、P2、P3、P4、AR、LPC。其中P1、P2、P3、P4位測試字，其功能是對機器指令進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支和循環(huán)運行（AR為運算器的進(jìn)位輸出控制；LPC為程序計數(shù)器的時鐘控制（見系統(tǒng)介紹中程序計數(shù)器電路）。以上信均為1的時候有效。圖2指令譯碼器電路微指令中的uA5-uA0為6位的后續(xù)微地址,前面幾位為直接控制字段，直接與相應(yīng)的控制門連接，F(xiàn)1,F2,F3為3個譯碼字段,分別由三個控制位譯碼出多位。其含義如下:Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三個字段的編碼方案如表1－1：表1-1微程序控制器的結(jié)構(gòu)與微指令的格式密切相關(guān)。微程序控制器由控制存儲器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯幾部分組成。微地址寄存器和微命令寄存器兩者的總長度即為一條微指令的長度，二者合在一起稱為微指令寄存器?！窨刂拼鎯ζ鳎≧OM）ROM中存放微程序，也就是全部的微指令。ROM的容量取決于微指令的總數(shù)。假如控制器需要128條微指令，則微地址寄存器長度為7位。ROM的字長取決于微指令長度。如果微指令為32位，則ROM的字長就是32位。實際應(yīng)用中ROM可采用EPROM或E2PROM、EAROM，用戶寫入和修改微程序比較方便?！裎⒚罴拇嫫魑⒚罴拇嫫鲿捍嬗煽刂拼鎯ζ髦凶x出的當(dāng)前微指令中控制字段與測試判別字段信息，可由8D寄存器組成?！裎⒌刂芳拇嫫魑⒌刂芳拇嫫鲿捍嬗煽刂拼鎯ζ髯x出的當(dāng)前微指令的下址字段信息。它可由帶RD、SD強置端的D觸發(fā)器組成。其中時鐘端和D端配合用做ROM的讀出打入，用SD進(jìn)行下址修改。●地址轉(zhuǎn)移邏輯微指令由ROM讀出后直接給出下一條微指令的地址，這個地址就放在微地址寄存器中。當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時通過地址轉(zhuǎn)移邏輯去修改微地址寄存器內(nèi)容，并按修改好的微地址讀出下條微指令。地址轉(zhuǎn)移邏輯是一個組合邏輯電路，其輸入是當(dāng)前微指令的判別測試字段Pi、執(zhí)行部件反饋的“狀態(tài)條件”及時間因素T4?！窨刂茣r序信號上圖中標(biāo)明了一個基本機器周期中的控制時序信號。例如用上一周期的T4時間按微地址寄存器內(nèi)容從ROM中讀一條微指令，經(jīng)過一段時間后被讀出，用當(dāng)前周期的T1時間打入到微指令寄存器。T2、T3時間用來控制執(zhí)行部件進(jìn)行操作。T4時間修改微地址寄存器內(nèi)容并讀出下一條微指令。三、設(shè)計步驟：(一)、擬訂指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是設(shè)計計算機的依據(jù)，擬訂指令系統(tǒng)將涉及基本字長、指令格式、指令種類、尋址方式等內(nèi)容?；咀珠L：程序設(shè)計平臺中配置的存儲器容量為256*8，可知道基本字長定為8位。指令格式：指令格式可有單字長和雙字長指令兩種，在雙字長格式中，第二字節(jié)一般定義為操作數(shù)或操作數(shù)地址。指令格式為：操作碼OP源操作數(shù)目的操作數(shù)指令類型：模型機有單操作數(shù)指令、雙操作數(shù)指令和無操作數(shù)指令。操作碼OP共四位，最多可定義16條指令。數(shù)據(jù)的傳送單位為8位數(shù)據(jù)的傳送范圍R—>RR—>RAMRAM—>R尋址方式：由于指令較短，操作數(shù)字段僅兩位，為了簡化硬件設(shè)計，將操作數(shù)字段和目的操作數(shù)字段的尋址定義為不同的含義。源操作數(shù)字段尋址方式目的操作數(shù)尋址方式00R000R101（R0）01（R1）10I10I11D11DRi表示操作數(shù)就在寄存器中（Ri）表示操作數(shù)地址在寄存器中I指令的第二個字節(jié)為操作數(shù)或稱立即尋址（D）指令的第二個字節(jié)為操作數(shù)的地址源操作數(shù)使用R0尋址目的操作數(shù)R1尋址(二)、確定總體結(jié)構(gòu)根據(jù)要求設(shè)計數(shù)據(jù)通路框圖2-1：圖2-1數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)框圖2.1流程圖圖2-2微程序流程圖當(dāng)擬定“取指”微指令時，該微指令的判別測試字段為P（1）測試。由于“取指”微指令是所有微指令都使用的公用微指令，因此P（1）的測試結(jié)果會出現(xiàn)多路分支。我們使用指令寄存器的前4位（IR7－IR4）作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元?？刂婆_命令的微程序流程，01為取指令微指令的地址：圖2-3控制臺流程圖控制臺操作作為P（4）測試，它以控制開關(guān)SWB，SWA作為測試條件，出現(xiàn)了3路分支，占用3個固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其他地方就可以一條微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫。2.2微代碼表當(dāng)全部微程序設(shè)計完畢后，將每條微指令代碼化，把流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化成“二進(jìn)制微代碼表”，如表2-2：表2-2二進(jìn)制微代碼表2.3確定連線圖根據(jù)各部件的功能，確定好電路各個芯片的連接，如下：圖2-4接線圖連線時應(yīng)按如下方法：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上，對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。各部件功能：指令寄存器（IR）：指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一行指令時。先把它從內(nèi)存取到緩沖寄存器中，然后在傳至指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進(jìn)行測試[P（1）]，通過節(jié)拍脈沖T4的控制以便識別所要求的操作。指令譯碼器（ID）：根據(jù)指令中的操作碼譯碼強制微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。輸入設(shè)備（INPUTDEVTICE）：是一種二進(jìn)制代碼開關(guān)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。輸入時，二進(jìn)制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到總線上，只要開關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出設(shè)備（OUTPUTDEVICE）：是一種數(shù)碼塊，完成數(shù)據(jù)輸出。輸出時，匠輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫信號（W/R）有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動數(shù)據(jù)塊顯示。（三）設(shè)置情況1、寄存器的設(shè)置：R0,R1為通用寄存器，8位。IR為指令寄存器，8位。PC程序寄存器，8位。MAR為地址寄存器，8位。2、加法器的設(shè)置：采用8位帶串行進(jìn)位并行加法器。3、選擇器的設(shè)置：連入A選擇器的數(shù)據(jù)來源是RAM的讀出數(shù)據(jù)和R0寄存器的數(shù)據(jù)。連入B選擇器的數(shù)據(jù)來源是PC的數(shù)據(jù)和R1的數(shù)據(jù)。4、數(shù)據(jù)通路：數(shù)據(jù)通路的設(shè)計，在總體結(jié)構(gòu)中是最重要的一個問題，模型機的數(shù)據(jù)通路是以總線為基礎(chǔ)，以CPU為核心的。信息的傳送路徑：取指令MACPIRRAM—>選擇器A—>Σ—>BUS—>IR送指令地址PBCPMARPC—>選擇器B—>Σ—>BUS—>MAR指令計數(shù)器+1PBC0CPPCPC—>選擇器B—>Σ—>BUS—>PCR0—>R1RACRR1R0—>選擇器A—>Σ—>BUS—>R1R1—>RAMRBWRR1—>選擇器B—>Σ—>BUS—>RAM(四)邏輯設(shè)計：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，便開始總體結(jié)構(gòu)中各部件的邏輯設(shè)計和部件之間的連接。1、加法器的邏輯設(shè)計：如附圖2所示，模型機中的加法器是由八個一位全加器構(gòu)成，全加器之間采用簡單的串行進(jìn)位。全加器邏輯原理如附圖3所示：附圖3如下2、選擇器的設(shè)計：選擇器A和選擇器B的結(jié)構(gòu)形式一樣，如附圖4所示，在控制電位EN0和EN1的控制下，分別選擇R0的或R1的數(shù)據(jù)通過選擇器，進(jìn)入加法器。EN0和EN1是互斥的，高電平有效。3、寄存器的設(shè)計：不帶復(fù)位的寄存器：結(jié)構(gòu)中R0，R1通用寄存器，可存入操作數(shù)或結(jié)果、中間結(jié)果，每個寄存器均由8個D觸發(fā)器構(gòu)成。在CPRi的作用下接收總線的數(shù)據(jù)送入寄存器，輸出連入選擇器。結(jié)構(gòu)如附圖5所示。指令寄存器IR其結(jié)構(gòu)同通用寄存器。帶復(fù)位的寄存器：結(jié)構(gòu)中MAR地址寄存器是一個帶復(fù)位的寄存器，帶復(fù)位是指當(dāng)有復(fù)位信號時，MAR清零。邏輯圖如附圖6所示。程序計數(shù)器的設(shè)計：程序計數(shù)器結(jié)構(gòu)如附圖6所示。PC加1是通過加法器實現(xiàn)的。復(fù)位信號RET的作用是有復(fù)位信號時，計數(shù)器PC清零。部件之間的連接：由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可看出，部位之間的連接是采用以CPU為中心的總線連接方式。加法器的輸出通過總線BUS連接到所有寄存器和存儲器的輸入端，除指令寄存器IR和地址寄存器MAR的輸出端外，其他部件的輸出端分別送入選擇器A和選擇器B。連線圖如附圖1所示。(五)、確定控制方式控制命令是確定信息的流向，不同的數(shù)據(jù)通路需要不同的控制指令。即組合邏輯方式和微程序方式，模型機采用微程序方式。微程序的執(zhí)行方式采用增量、垂直方式。1、微程序控制器的結(jié)構(gòu)：微程序控制器的部件由設(shè)計平臺提供。2、微程序控制器的時序：微程序控制器的時序如圖所示：P脈沖的低電平用做控制存儲器讀命令μRDP脈沖的上升邊沿將讀出的微指令μIR負(fù)脈沖P的上升邊沿將形成的后繼地址送微程序計數(shù)器μPC，同時將運算結(jié)果（總線的數(shù)據(jù)）送指定的寄存器。3、微指令格式：微指令格式由三部分組成，既微指令字段定義，微命令形成邏輯和后繼微地址產(chǎn)生邏輯。后繼微地址產(chǎn)生邏輯：為簡單起見只選三種后繼微地址生成方式即增量方式、無條件轉(zhuǎn)移方式、按操作碼轉(zhuǎn)移方式。當(dāng)EN=1時，微程序計數(shù)執(zhí)行加1操作當(dāng)EN=0且JP=1時，無條件轉(zhuǎn)移當(dāng)EN=0且QJP=1時，按操作碼轉(zhuǎn)移4、微程序編寫：（1）程序MOV105#,R0MOV201#,R1ADDR0,R1MOV3R1,(R0)（2）操作碼二進(jìn)制代碼MOV1:0001MOV2:0010ADD:0011MOV3:0100（3）微程序入口（16進(jìn)制代碼）取指令入口:00HMOV1入口:10HMOV2入口:20HADD入口:30HMOV3入口:40H（4）指令執(zhí)行流程圖：指令流程：00RAM IRPC+1 PC10203040PCMARPCMARR0+R1R1R0MARPC+1PCPC+1PCPCMARR1RAMRAMR0RAMR1JPPCMARPCMARPCMARJPJPJP(5)編制微程序根據(jù)指令流程跟微指令格式開始編制微程序。二-四譯碼器邏輯原理如附圖3所示。三-八譯碼器邏輯原理如附圖8所示。全部微程序如表1所示。(六)分調(diào)將模式開關(guān)至于分調(diào)1、偉福系統(tǒng)平臺上的所有開關(guān)和發(fā)光二極管均隨意編制用做數(shù)據(jù)輸入和狀態(tài)顯示典型部件如下：選擇器A帶復(fù)位的寄存器MAR不帶復(fù)位的寄存器R0程序計數(shù)器PC在部件設(shè)計無錯、連線無錯、1032E的管腳定義無錯時可生成下載文件下載到1032E中。2、單片機系統(tǒng)微程序經(jīng)過檢查無誤后，將模式開關(guān)至分調(diào)后通過鍵盤寫入響應(yīng)的單元中。(七)統(tǒng)調(diào)將模式開關(guān)置于統(tǒng)調(diào)，此時平臺上的開關(guān)及發(fā)光二極管的設(shè)置情況如下：開關(guān)K15--K0無效，不可編程使用L15--L0用于顯示IR15--IR0的狀態(tài)，不能作他用LED15--LED8用于顯示從存儲器讀出的內(nèi)容和數(shù)據(jù)總線BUS的內(nèi)容不能再作他用LED7--LED0可編程到任意觀測點，以顯示系統(tǒng)運行的狀態(tài)（1） 按復(fù)位健RET使MAR清洗、指令計數(shù)器清洗，保證從存儲器0號單元取指令。使微程序計數(shù)器PC清洗，保證從而2#ROM，1#ROM的0#單元取指令微程序的第一條微指令。（2） 執(zhí)行微程序按復(fù)位健后，PC、MAR為00號單元的內(nèi)容是一條指令，指令代碼讀出后，在MA的作用下，進(jìn)入加法器至總線。此時，總線上的內(nèi)容點亮LED15-8，查看是否正確。注意的是：在沒有按下次脈沖鍵前，數(shù)據(jù)通路的內(nèi)容一直不變。按一次脈沖鍵又產(chǎn)生一負(fù)脈沖。該負(fù)脈沖反相后的上升沿產(chǎn)生CPIR，將上條微指令讀出的指令代碼送IR，同時上升沿還將PC+1。該負(fù)脈沖的低電平用以讀出PC指示的第二條微指令。這樣一一取出微指令并執(zhí)行微指令就會讀出并執(zhí)行存放在MAR中的程序。四、測試流程與結(jié)果3.1連接線路按照圖用排線連接好電路3.2寫程序方法一：手動寫入先將機器指令對應(yīng)的微代碼正確的寫入2816中。使用控制臺KWE和KRD微程序進(jìn)行機器指令程序的裝入和檢查。A．使編程開關(guān)處于“RUN”,STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。B．撥動總清開關(guān)CLR（0→1），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。然后使控制臺SWB、SWA開關(guān)置為“01”，按動一次啟動開關(guān)START，微地址顯示指示燈顯示“010001”，再按動一次START，微地址燈顯示“C．寫完程序后須進(jìn)行校驗。撥動總清開關(guān)CLR（0→1）后，微地址清零。PC程序計數(shù)器清零，然后使控制臺開關(guān)SWB、SWA為“00”，按動啟動START，微地址燈將顯示“010000”，再按START，微地址燈顯示為“010010”，第三次按START，微地址燈顯示為“010111”方法二：聯(lián)機讀/寫程序按照規(guī)定格式，將機器指令及微指令二進(jìn)制表編輯成十六進(jìn)制的如下格式文件。微指令中的微代碼為24位微代碼按從左到右分成3個8位，將此3個8位二進(jìn)制代碼化為相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)即可。并將該格式文件用聯(lián)機軟件的傳輸文件功能傳入實驗系統(tǒng)。機器指令格式說明：$PXXYYXX十六進(jìn)制地址YY機器指令代碼程序：$P4000$P4110$P420A$P4320$P440B$P4530$P460B$P4740$P4800$P4A01微指令格式說明：$MXXYYYYYYXX十六進(jìn)制地址YYYYYY微指令代碼微程序：$M00018110$M0101ED82$M0200C048$M0300E004$M0400B005$M0501A206$M06959A01$M0700E00D$M08001001$M0901ED83$M0A01ED87$M0B01ED8E$M0C01Ed96$M0D028201$M0E00E00F$M0F00A$M1001ED92$M1101Ed94$M1200A017$M13018001$M14002018$M15070A01$M1600D181$M17070A10$M18068A113.3運行程序單步運行程序：A．使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。B．撥動總清開關(guān)CLR（0－>1），微地址清零，程序計數(shù)器清零。程序首址為00H。C．單步運行一條微指令，每按動一次START鍵，即單步運行一條微指令。對照微指令流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。D．單步運行結(jié)束后，檢查存數(shù)單元(0BH)中的結(jié)果是否和理論值一致。連續(xù)運行程序：使“STATEUNIT”中的STEP開關(guān)置為“ECEX”狀態(tài)。STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)撥動CLR開關(guān)，清微地址及程序計數(shù)器，然后撥動START,系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將STOP撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機。停機后，檢查存數(shù)單元（0BH）結(jié)果是否正確。3.4測試驗證此次測試驗證的內(nèi)容為FEH驗證程序的內(nèi)存映象(裝入起始地址00H)如下：地址(二進(jìn)制)內(nèi)容(二進(jìn)制)助記符說明0000000000000000IN將輸入數(shù)據(jù)送R0寄存器0000000100010000ADD[OAH]0000001000001010RO+[0AH]—>R00000001100100000STA[0BH]0000010000001011R0—>[0BH]0000010100110000OUT[0BH]0000011000001011[0BH]—>LED0000011101000000JMP01000010000000000101H—>PC000010010000101000000001輸入自定的數(shù)據(jù)00001011求和結(jié)果的存儲單元表3-1驗證程序內(nèi)存映象INPUTDEVICE中輸入為00000001時，在地址00001011單元上顯示內(nèi)容00000002，并顯示02。單步運行是滿足微程序流程圖的運行順序。五、心得體會：對于計算機專業(yè)的我們，在計算機組成這方面有一個系統(tǒng)化的概念和養(yǎng)成良好的動手能力這是必要的，為了達(dá)到這個目的，這次的實訓(xùn)，老師要我們設(shè)計一個微程序控制器，以便對計算機組成能夠深刻理解,達(dá)到學(xué)習(xí)計算機組成原理的目的。由于計算機設(shè)計的部件較多、結(jié)構(gòu)原理較復(fù)雜，而我們都是初設(shè)計者，起初大家基本上都覺得相當(dāng)困難和陌生，所以在整個設(shè)計過程中采取的是由淺入深，由簡單到復(fù)雜的方法，通過這次設(shè)計，大家都清楚的了解了計算機的基本組成、基本原理和設(shè)計思路、設(shè)計步驟、調(diào)試步驟，同時也讓我們對數(shù)據(jù)選擇器、移位器、加法器、運算器、存儲器和微程序控制器，有了更深刻的認(rèn)識，最終清晰的建立起整機概念。最重要的是在實驗的過程中，大家都獲得了一套適合自己的思考問題的方法，這對我們以后的學(xué)習(xí)是有益處的。雖然計算機組成原理的課程設(shè)計的學(xué)習(xí)已經(jīng)結(jié)束,是科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的，我們只有不斷學(xué)習(xí)，才能不斷提高.。在此次的設(shè)計中，感謝老師對我們的幫助和指導(dǎo)。過程也許還不夠完善，希望老師繼續(xù)指導(dǎo)。硬件技術(shù)調(diào)研研究課題：CPU研究的五個方面：CPU的廠商IntelCPU/AMDCPU的發(fā)展歷程cpu的性能指標(biāo)cpu的發(fā)展趨勢cpu的溫度一、CPU的廠商Intel公司Intel是生產(chǎn)CPU的老大哥，個人電腦市場，它占有75%多的市場份額，Intel生inter標(biāo)志產(chǎn)的CPU就成了事實上的x86CPU技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。個人電腦平臺最新的酷睿２成為CPU的首選AMD公司目前使用的CPU有好幾家公司的產(chǎn)品，除了Intel公司外，最A(yù)MD標(biāo)志有力的挑戰(zhàn)的就是AMD公司，最新的AMD速龍IIX2和羿龍II具有很好性價比，尤其采用了3DNOW+技術(shù)并支持SSE4.0指令集，使其在3D上有很好的表現(xiàn)。其他一些公司IBM和Cyrix/IDT公司/VIA威盛公司/國產(chǎn)龍芯/ARMLtd二、IntelCPU的發(fā)展歷程1、Intel4004

1971年，英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004，這是第一個可用于微型計算機的四位微處理器，它包含2300個晶體管。2.80081972年，Intel推出第一個8位的微處理器（8008），共有3500個晶體管，10微米工藝，內(nèi)存空間為16KB，工作頻率為200KHz，運算性能很差。3.80801974年，第一個真正的微處理器誕生（8080），共有6000個晶體管，6微米工藝，內(nèi)存空間為64KB，工作頻率為2MHz。4.8086978年推出16位微處理器（8086），共有29000個晶體管，3微米工藝，最大內(nèi)存空間為1MB，工作頻率為4.77MHz。同年，Intel又推出16位8088CPU1980年P(guān)C形成市場，IBM公司推出以8088為微處器的IBMPC（以及隨后的PCXT)5.80186/801881980年誕生的80186/80188CPU與8086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似。6.802861982年，Intel公司推出是基于X86體系結(jié)構(gòu)，共有13400個晶體管，1.5微米工藝，工作頻率為6-25MHz7.803861985年誕生的80386CPU（簡稱386），2微米工藝，共有275000個晶體管，32位，支持最大4GB內(nèi)存，工作頻率從16MHz開始，可外接64－128KB。8.804869.Pentium（奔騰）10.PentiumPro（高能奔騰）11.PentiumMMX(多能奔騰）12.移動式PentiumCPU13.Pentium2(奔騰2)14.Pentium3（奔騰3）1999年推出Pentium3，共有2800萬個晶體管，0.25微米工藝，沿用第六代（P2）處理器的系統(tǒng)架構(gòu)。16.Pentium42000年11月21日，Intel發(fā)布了Pentium4CPU，代號為Willamette,0.18微米鋁導(dǎo)線工藝，配合低溫半導(dǎo)體介質(zhì)技術(shù)制成。基于Intel的NetBurst微架構(gòu)，應(yīng)用領(lǐng)域鐵包括網(wǎng)絡(luò)廣播、網(wǎng)絡(luò)視頻流、圖片處理、視頻剪輯、語音、3D、CSD、游戲、多媒體、多任務(wù)環(huán)境等。AMDCPU的發(fā)展歷程1．K5是AMD的第一款處理器，支持Socket5架構(gòu)，AMD的PR速率為75-166MHz,系統(tǒng)總線頻率為55-66MHz，具有24KB的一級緩存，二級緩存是主板上的。2.K61997年4月，推出K6，采用0.35微米工藝，工作頻率在166-233MHz之間不等，基于對686處理器的研究開發(fā)，新增了MMX指令集，一級緩存為64KB。此后不久，AMD推出了移動型K6，工作頻率在266MHz及300MHz，前端總線速度（FSB為66MHz,采用0.25微米工藝。3.K6-21998年4月推出，支持新的指令集－3DNow!及100MHz的前端總線頻率（FSB），最初的時鐘頻率為266MHz，后增到475MHz，帶有64KB的一級緩存，二級緩存位于主板上（容量為512KB-2MB之間，與系統(tǒng)總線頻率同步）此款CPU還具有兩種型號：第1種：工作于266、300、350、366MHz第2種：工作于380、400、450、475MHz4.K6-35.K6-2+6.K6-3+7.K7(Athlon)

8.Thunderbird(雷鳥)9.AthlonXP10.Duron（毒龍）三、cpu的性能指標(biāo)1.主頻主頻，也就是CPU的時鐘頻率，簡單地說也就是CPU的工作頻率，例如我們常說的P4(奔四)1.8GHz，這個1.8GHz(1800MHz)就是CPU的主頻。一般說來，一個時鐘周期完成的指令數(shù)是固定的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快。主頻=外頻X倍頻。此外，需要說明的是AMD的AthlonXP系列處理器其主頻為PR(PerformanceRating)值標(biāo)稱，例如AthlonXP1700+和1800+。舉例來說，實際運行頻率為1.53GHz的AthlonXP標(biāo)稱為1800+，而且在系統(tǒng)開機的自檢畫面、Windows系統(tǒng)的系統(tǒng)屬性以及WCPUID等檢測軟件中也都是這樣顯示的。2.外頻外頻即CPU的外部時鐘頻率，主板及CPU標(biāo)準(zhǔn)外頻主要有66MHz、100MHz、133MHz幾種。此外主板可調(diào)的外頻越多、越高越好，特別是對于超頻者比較有用。3.倍頻倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。例如AthlonXP2000+的CPU，其外頻為133MHz，所以其倍頻為12.5倍4.接口接口指CPU和主板連接的接口。主要有兩類，一類是卡式接口，稱為SLOT，卡式接口的CPU像我們經(jīng)常用的各種擴展卡，例如顯卡、聲卡等一樣是豎立插到主板上的另一類是主流的針腳式接口，稱為Socket，5.緩存緩存就是指可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換的存儲器，它先于內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)，又被稱為高速緩存。與處理器相關(guān)的緩存一般分為兩種——L1緩存，也稱內(nèi)部緩存；和L2緩存，也稱外部緩存。6.多媒體指令集為了提高計算機在多媒體、3D圖形方面的應(yīng)用能力，許多處理器指令集應(yīng)運而生，其中最著名的三種便是Intel的MMX、SSE/SSE2和AMD的3DNOW！指令集。理論上這些指令對目前流行的圖像處理、浮點運算、3D運算、視頻處理、音頻處理等諸多多媒體應(yīng)用起到全面強化的作用。7.制造工藝早期的處理器都是使用0.5微米工藝制造出來的，隨著CPU頻率的增加，原有的工藝已無法滿足產(chǎn)品的要求，這樣便出現(xiàn)了0.35微米以及0.25微米工藝。制作工藝越精細(xì)意味著單位體積內(nèi)集成的電子元件越多，而現(xiàn)在，采用0.18微米和0.13微米制造的處理器產(chǎn)品是市場上的主流，例如Northwood核心P4采用了0.13微米生產(chǎn)工藝。而在2003年，Intel和AMD的CPU的制造工藝會達(dá)到0.09毫米。8.電壓(Vcore)CPU的工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓，與制作工藝及集成的晶體管數(shù)相關(guān)。正常工作的電壓越低，功耗越低，發(fā)熱減少。CPU的發(fā)展方向，也是在保證性能的基礎(chǔ)上，不斷降低正常工作所需要的電壓。例如老核心AthlonXP的工作電壓為1.75v，而新核心的AthlonXP其電壓為1.65v。9.封裝形式所謂CPU封裝是CPU生產(chǎn)過程中的最后一道工序，封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護(hù)措施，一般必須在封裝后CPU才能交付用戶使用。CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設(shè)計，從大的分類來看通常采用Socket插座進(jìn)行安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)方式封裝，而采用Slotx槽安裝的CPU則全部采用SEC(單邊接插盒)的形式封裝?，F(xiàn)在還有PLGA(PlasticLandGridArray)、OLGA(OrganicLandGridArray)等封裝技術(shù)。10.整數(shù)單元和浮點單元ALU—運算邏輯單元，這就是我們所說的“整數(shù)”單元。而浮點運算單元FPU(FloatingPointUnit)主要負(fù)責(zé)浮點運算和高精度整數(shù)運算。有些FPU還具有向量運算的功能，另外一些則有專門的向量處理單元。整數(shù)處理能力是CPU運算速度最重要的體現(xiàn)，但浮點運算能力是關(guān)系到CPU的多媒體、3D圖形處理的一個重要指標(biāo)，所以對于現(xiàn)代CPU而言浮點單元運算能力的強弱更能顯示CPU的性能另外，在網(wǎng)上找到了一份2010筆記本CPU性能排行榜排名

處理器型號

主頻

CB

R10

1Intel

Core

2

Quad

QX9300四核2.53GHz9639

2Intel

Core