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——————————————————————————————————————--------------------------------------------------------------------------------------