硬件课程的设计的讲义课件.ppt

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1、计算机硬件课程设计袁静波东北大学秦皇岛分校一、实验设备硬件PC机软件XilinxISE8.1ModelSim二、模型机设计确定设计总要求设计整机逻辑框图设计指令系统设计指令执行流程设计微操作控制信号编写VHDL源程序仿真测试总线结构:单总线，数据总线位数16位、地址总线16位；存储器:内存容量64K*16bit控制器:用硬联线控制器实现26位微操作控制信号运算器:单累加器，实现加、减等8种操作外设：输入：用开关输入二进制量输出：7段数码管和LED显示指令系统规模：64条指令，7种类型，5种寻址方式设计总要求整机逻辑框图芯片引脚设计指令系统指令类型:算术/逻辑运算指令移位指令数据传送指令

2、MOVR?A将A中的值送入R?中程序跳转控制类指令JCMM当进位标志R_CY=1时,跳转到MM地址JZMM当零标志R_Z=1时,跳转到MM地址存储器操作指令MOVMM,A将A中的值送入存储器MM地址中输入/输出指令1：立即数寻址如：MOVA,#II将立即数II送入累加器A中3：寄存器间接寻址：R?（R?中存放的是操作数地址）4：存储器直接寻址：EM（存储器地址，8位二进制）5：累加器寻址：A2：寄存器直接寻址如：MOVA，R？将寄存器R?的值送到累加器A中第1个字节操作码及R?选择011100R?00或01或10或11指令操作数寻址方式及其编码第1个字节第2个字节操作码8位立即数II0

3、11111XX如26：00011010模型机指令系统确定微操作控制信号及其实现方法XRD：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。EMWR：程序存储器EM写信号。EMRD：程序存储器EM读信号。PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上(MAR)。EMEN：将程序存储器EM与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR。EINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结

4、合，控制程序跳转。FSTC：进位置1，CY=1FCLC：进位置0，CY=0MAREN：将地址总线ABUS上的地址打入地址寄存器MAR。MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。STEN：将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器。WEN：将数据总线DBUS的值打入

5、工作寄存器W中。AEN：将数据总线DBUS的值打入累加器A中。21-23:X2~X0：X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。24-26:S2~S0：S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。CPU逻辑框图RRDR3DBUS数据总线111RRD=’0’111RRD=’0’...STEN101011001010000IBUS指令总线X2X1X0,总线控制IRENS2S1S0AENINT_CODEICENWENEMWREMENEMRDMARENPCOEELPOUTENRRDRWRportoutkeyinSTIAPCMAREM主存储器W工作寄存器2:1选通器A累加

6、器IRT直通门L左移R右移操作控制器R0DisplayInputABUS地址总线100110RWRALU控制信号安排寄存器组移位寄存器操作信号中断信号堆栈寄存器中断向量寄存器D直送F寄存器设计指令执行流程根据模型机结构图设计指令系统中每条指令的执行流程.一条指令从内存取出到执行完,需要若干个及其周期.任何指令的第一个机器周期都是“取指令周期”防止微操作之间有时序冲突哪些微操作信息可以放到同周期哪些微操作信息不可以放到同周期DBUS,ABUS,IBUS仅是传输信息的通路,无寄存信息的功能,利用总线传输信息时要保证信息的唯一性,ALU无寄存功能指令指令功能操作码节拍数微操作控制信号_FAT

7、CH_取指令000000T2(010)PCMARPCOEMARENT1(001)EMWEMENEMRDWENT0(000)WIRPC+1PCIREN指令流程：如：“取指”流程（以表格形式表示）p6开始T2(010)PCOE；MARENEMEN；EMRDWENIRENPCMAREMWWIRPC+1PCT1(001)T0(000)译码或测试T4T3T5T4T3CPLAADDA,R?T?T3......指令执行流程图ALU设计S2S1