计算机组成原理课程设计(模型机)

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------计算机组成原理课程设计(模型机)模型机详细介绍1.模型机的结构模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成,模型机的结构图如图1所示。图1模型机结构图(1)运算器。运算器又由运算逻辑单元、数据暂存器、通用寄存器组成。在图1模型机的结构图中,ALU、ALU_G和74299组成运算逻辑单元

2、,其中ALU是由2个4位的74LS181串联成8位的运算器,ALU_G是ALU-G实现用于控制ALU的运算结果的输出,74299用74LS299实现用于对ALU的运算结果进行移位运算;数据暂存器在图1中由DR1和DR2组成,DR1和DR2都是用74LS273实现,它们用于存储运算器进行运算的两个操作数;通用寄存器在图1中由R0、R1和R2组成,R0、R1和R2都是用74LS374实现,它们用作目的寄存器和源寄存器。(2)控制器。控制器由微程序控制器、指令寄存器、地址寄存器和程序计数器组成。在图1中微

3、程序控制器表示为MControl,它里面存放了指令系统对应的全部微程序,微程序控制器是由微控制存储器和3个138译码器实现(A138、B138和P138),用于产生控制信号来控制各个组件的工作状态;在图1中指令寄存器表示为IR,指令寄存器由一——————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------

4、---个74LS273实现,用于存放当前正在执行的指令;在图1中地址寄存器表示为AR,地址寄存器由一个74LS273实现,在读取或者写入存储器时用于指明要读取或写入的地址;程序计数器在图1中由PC_G和PC组成,其中PC是由八位二进制同步计数器实现,用于产生程序指针pc的下一个值,PC_G由PC-G实现,用于存储程序的程序指针pc的值。(3)存储器。存储器在图1中表示为MEN,存储器用静态随机存储器6116实现,用来存储用户程序和数据。(4)数据总线。数据总线用于连接运算器、存储器、输入输出等模块,

5、数据总线由ccp_DataBus实现。(5)输入输出。输入输出类似于键盘和显示器。(6)时序产生器。在图1中T1、T2、T3和T4等控制信号都是由时序产生器生产,时序产生器由时序电路实现如图2所示,时序产生器一个周期中产生四个脉冲信号T1~T4,这四个脉冲信号用于控制组件的执行顺序,组件在这些信号的控制下有序的执行,一个周期中完成一条微指令的执行。图2时序产生器2.模型机的工作过程模型机的工作过程可以归纳如下:——————————————————————————————————————-------

6、-----------------------------------------------------------------------------------------(1)控制器把PC中的指令地址送往地址寄存器AR,并发出读命令。存储器按给定的地址读出指令,经由存储器数据寄存器MDR送往控制器,保存在指令寄存器IR中。(2)指令译码器ID对指令寄存器IR中的指令进行译码,分析指令的操作性质,并由控制电路向存储器、运算器等有关部件发出指令所需要的微命令。(3)当需要由存储器向运算器提供数据

7、时,控制器根据指令的地址部分,形成数据所在的存储单元地址,并送往地址寄存器AR,然后向存储器发出读命令,从存储器中读出的数据经由存储器数据寄存器MDR送往运算器。(4)当需要由运算器向存储器写入数据时,控制器根据指令的地址部分,形成数据所在的存储单元地址,并送往存储器地址寄存器AR,再将欲写的数据存入存储器数据寄存器MDR,最后向存储器发出写命令,MDR中的数据即被写入由MAR指示地址的存储单元中。(5)一条指令执行完毕后,控制器就要接着执行下一条指令。为了把下一条指令从存储器中取出,通常控制器把P

8、C的内容加上一个数值,形成下一条指令的地址,但在遇到―转移‖指令时,控制器则把―转移地址‖送入PC。控制器不断重复上述过程的(1)到(5),每重复一次,就执行了一条指令,直到整个程序执行完毕。3.中央处理器中央处理器(CPU——————————————————————————————————————--------------------------------------------------------------------------------------

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