计算机组成原理--中央处理器CPU5

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1、综合内容用组合逻辑设计方法设计一颗CPU，该CPU字长8位，有4条指令，分别是LDA,STA,ADD,HLT;内存有8个字节；寄存器有R0,R1,PC,IR；指令意义LDARi,[内存单元]把指定内存单元的数据装入Ri寄存器STA[内存单元],Ri把Ri寄存器的数据保存到指定内存单元ADDRi,[内存单元]Ri寄存器+内存单元->内存单元HLT停机一、先设计指令格式：由于指令总数为4，所以用2位可以表示所有指令，指令格式为用：00表示HLT,01表示LDA,10表示STA,11表示ADD;用指令中的3位表示内存单元地址，用3位表示寄存器编号，000表示

2、R0,001表示R1;HLT的指令格式：LDA的指令格式：STA的指令格式：ADD指令的格式：OP(2位)AD(3位)AS(3位)10AS(3位)RD(3位)00任意6位数01RD(3位)AS(3位)11RD(3位)AS(3位)二、构造数据通路如图三、时序以及控制方式采用同步控制方式，用定长指令周期方案。采用3个CPU周期分别是IF、DOF、EXE，每CPU周期有4个等宽度的节拍电位，每个节拍电位有1个节拍脉冲；四、对指令集中每条机器指令列出其在数据通路中的指令操作流程见“DIYCPU指令执行流程.DOC”。五、由上面的指令执行流程，得到每个微操作的逻

3、辑表达式，见下表:PC->BUS=IF.T0.LDA+IF.T0.STA+IF.T0.ADD+IF.T0.HLTBUS->AR=LDA.IF.T0+ADD.IF.T0+STA.IF.T0+HLT.IF.T0+LDA.DOF.T0+STA.DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS->LA=LDA.IF.T0+STA.IF.T0+ADD.IF.T0+ADD.DOF.T0+HLT.IF.T0Clear=LDA.IF.T0+STA.IF.T0+ADD.IF.T0+HLT.IF.T01->C0=LDA.IF.T0+STA.IF.T0+ADD.IF.T0+HLT.

4、IF.T0Add=LDA.IF.T0+STA.IF.T0+ADD.IF.T0+HLT.IF.T0+ADD.EXE.T0READ=LDA.IF.T1+STA.IF.T1+ADD.IF.T1+HLT.IF.T1+LDA.DOF.T1+ADD.DOF.T2ALU->BUS=LDA.IF.T1+STA.IF.T1+ADD.IF.T1+HLT.IF.T1+ADD.EXE.T1BUS->PC=LDA.IF.T1+STA.IF.T1+ADD.IF.T1+HLT.IF.T1DR->BUS=LDA.IF.T2+STA.IF.T2+ADD.IF.T2+HLT.IF.T2+

5、LDA.EXE.T0+ADD.DOF.T3BUS->IR=LDA.IF.T2+STA.IF.T2+ADD.IF.T2+HLT.IF.T2IR_Addr->BUS=LDA.DOF.T0+STA.DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS->LB=ADD.DOF.T3BUS->DR=STA.EXE.T0WRITE=STA.EXE.T1BUS->Ri=LDA.EXE.T0+ADD.EXE.T1Ri->BUS=STA.EXE.T0+ADD.DOF.T01->DOF=LDA.IF.T3+STA.IF.T3+ADD.IF.T3+HLT.IF.T31->EXE=LDA

6、.DOF.T3+STA.DOF.T3+ADD.DOF.T3+HLT.DOF.T31->IF=LDA.EXE.T3+STA.EXE.T3+ADD.EXE.T3+HLT.EXE.T3共20个微操作六、化简得到：PC->BUS=IF.T0;BUS->AR=IF.T0+LDA.DOF.T0+STA.DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS->LA=IF.T0+ADD.DOF.T0Clear=IF.T0;1->C0=IF.T0Add=IF.T0+ADD.EXE.T0READ=IF.T1+LDA.DOF.T1+ADD.DOF.T2ALU->BUS=.IF.T1+A

7、DD.EXE.T1BUS->PC=IF.T1DR->BUS=IF.T2+LDA.EXE.T0+ADD.DOF.T3BUS->IR=IF.T2IR_Addr->BUS=LDA.DOF.T0+STA.DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS->LB=ADD.DOF.T3BUS->DR=STA.EXE.T0WRITE=STA.EXE.T1BUS->Ri=LDA.EXE.T0+ADD.EXE.T1(再译码得到BUS->R0,BUS->R1)Ri->BUS=STA.EXE.T0+ADD.DOF.T0(再译码得到R0->BUS,R1->BUS)1->DOF=IF.

8、T31->EXE=DOF.T31->IF=EXE.T3七、画出CPU的各部分电路图，如图DIY