基于tdcma实验教学系统的模型计算机的设计与实现大学论文Word格式.docx
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2.画出系统组成框图,指出各个部分的功能和实现途径;
3.针对所设计的模型机系统,每组学生自己定义一套简单的指令系统,给出助记符指令格式,分配指令的机器代码,指出指令的功能;
4.写出设计方案。
2、设计要求:
1.所设计的模型计算机系统为8位模型机,运算器为8位运算器,数据总线和地址总线都为8位,输入设备为8位开关,输出设备为8位发光二级管指示灯;
2.每组定义的指令系统为6至10条指令,必须包含本组运算器特有运算功能的指令,每组必须有两条以上指令与其他组不同;
3.每组提交设计方案,包括简单模型机的结构框图、指令系统、
2、1运算器原理图
图2-1运算器原理图
2、2设计思路
我们所设计的方案主要想实现两个数的加法运算、与运算、或运算、异或运算、或非运算和右移一位运算。
将第一个输入的数存储到寄存器R0,第二个输入的数存储到寄存器R1,再将两个寄存器中的数据分别放入到A、B两个暂存器中,实现两个数据的相加(相与\或\异或\或非\右移)运算,通过三个控制信号(S2、S1、S0)选择将要输出哪个运算的结果,将其结果存入R0,输出结果要经过一个三态门,由控制信号(ALU_B)决定是否输出,当ALU_B为低电平时输出数据。
2、3指令系统
表2-2-1
指令格式
指令操作码及二进制代码
功能
IN
IN——00000000(00H)
输入数据到R0
ADDR0,R1;
ADD——00100000(20H)
R0与R1相加结果送入R0
SHRR0,1;
SHR——00110000(30H)
R0逻辑右移一位结果送入R0
ORR0,R1;
OR——01000000(40H)
R0与R1相或结果送入R0
ANDR0,R1;
AND——01010000(50H)
R0与R1相与结果送入R0
XORR0,R1;
XOR——01100000(60H)
R0和R1异或结果送入R0
NORR0,R1;
NOR——01110000(70H)
R0和R1或非结果送入R0
OUTR0;
OUT——10000000(80H)
将R0输出到LED
HLT
HLT——10010000(90H)
停机
2、4运算器使用到的芯片设计
2、4.174273芯片
(1)74273芯片
图2-4-174273芯片
(2)74273芯片的内部结构图
图2-4-274273芯片的内部结构图
(3)74273芯片的作用
74273数据锁存器,实现数据的存储。
2、4.374244芯片
(1)74244芯片
图2-4-374244芯片
(2)74244芯片的内部结构图
图2-4-474244芯片的内部结构图
(3)74244芯片的作用
74244数据缓冲器,实现数据存储及三态控制。
2、4.4芯片的总线连接线路图及说明
图2-4-5实现寄存器R0的功能
图2-4-6实现寄存器R1的功能
图2-4-7实现暂存器A的功能
图2-4-8实现暂存器B的功能
2、5运算器的功能设计及原理图
2、5.1加法运算器
图2-5-1一位全加器
图2-5-2一位全加器芯片
图2-5-3由8个一位全加器构成的8位全加器
图2-5-48位全加器芯片
2、5.2与运算
图2-5-58位与运算
图2-5-68位与运算芯片
2、5.3或运算
图2-5-78位或运算
图2-5-88位或运算芯片
2、5.4异或运算
图2-5-98位异或运算
图2-5-108位异或运算芯片
2、5.5或非运算
图2-5-118位或非运算
图2-5-128位或非芯片
2、5.6右移一位运算
图2-5-13右移一位运算
图2-5-14右移一位芯片
2、6运算器总体连接线路图
图2-6运算器总体连接线路图
2、7运算器调试
编译结果:
0错误,6警告。
第三章微程序控制器的设计与调试
3、1微程序流程图
图3-1微程序流程图
3、2指令系统及功能表
表3-2-1
表3-2-2
运算类型
S2S1S0
CN
逻辑运算
100
X
F=AB
010
F=A+B
110
异或
001
或非
移位运算
101
F=A逻辑右移一位
算术运算
111
F=A加B加FC
3、3控制器的微指令格式及二进制代码表
(1)微指令格式
表3-3-1微指令格式
23
22
21
20
19
18-15
14-12
11-9
8-6
5-0
M23
M22
WR
RD
IOM
S3-S0
A字段
B字段
C字段
Ma5-Ma0
A字段B字段C字段
14
13
12
选择
11
10
9
8
7
6
NOP
1
LDA
ALU_B
P<
1>
LDB
R0_B
保留
LDR0
R1_B
LDR1
LDIR
表3-3-2
地址
十个进制
高五位
MA5-MA0
00
000001
00000
0000
000
000001
01
007070
110000
02
184001
00011
03
002604
011
000100
04
03B201
0111
05
02B201
0101
06
002607
000111
07
013201
0010
08
002609
001001
09
023201
0100
002611
010001
033201
002613
010011
00B201
0001
30
183002
000010
32
001403
000011
33
001405
000101
34
001406
000110
35
001408
001000
36
001410
010000
37
001412
010010
38
280401
00101
39
000039
111001
3、4控制器调试连接线路图
图4-4实验接线图
3、5控制器微
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