硬连线控制器设计
20页1、模型机硬连线控制器设计一、 实验目的(1) 融会贯通计算机组成原理与体系结构课程各章教学内容,通过知识的综合运用,加深对CPU个模块工作原理及相互联系的认识;(2) 掌握硬连线控制器的设计方法;(3) 培养科学研究能力,取得设计和调试的实践经验。二、 实验设备(1) TEC-8实验系统 1台(2) Pentium 3 以上的PC 1台(3) 双踪示波器 1台(4) 直流万用表 1块(5) 逻辑测试笔(在TEC-8实验台上) 1支三、 设计与调试任务(1)设计一个硬连线控制器,和TEC-8模型计算机的数据通路结合在一起,构成一个完整的CPU,对该CPU要求:l 能顾完成控制台操作,包括启动程序运行、读存储器、写存储器、读寄存器、写寄存器。l 能够执行表3.1中的指令,完成规定的指令功能。表3.1中,XX代表任意值,Rs代表源寄存器号,Rs代表目的寄存器号。在条件转移指令中,代表当前PC的值,offset是一个四位的有符号数,第三位是符号位,0代表正数,1代表负数。注意:不是当前指令的PC值,而是当前指令的PC值加1。表3.1新设计CPU的指令系统名 称助 记 符功 能指 令 格 式IR7
2、 IR6 IR5 IR4IR3 IR2IR1 IR0加法ADD Rd, RsRd Rd + Rs0001RdRs减法SUB Rd, RsRd Rd - Rs0010RdRs逻辑与AND Rd, RsRd Rd and Rs0011RdRs加1INC Rd Rd Rd + 10100RdXX取数LD Rd, RsRd Rs0101RdRs存数ST Rs, RdRs Rd0110RdRsC条件转移JC offset若C=1,则PC + offset0111offsetZ条件转移JZ offset若Z=1,则PC + offset1000offset无条件转移JMP RdPC Rd1001RdXX输出OUT RsDBUS Rs1010XXRs停机STP暂停运行1110XXXXl 在Quartus|下对硬连线控制器进行编程的编译。l 将编译后的硬连线控制器下载到TEC-8实验台的可编程器件EPM7128S中去,使得EPM7128S成为一个硬连线控制器。l 根据指令系统,编写检测硬连线控制器正确性的测试程序,并用测试程序对硬连线控制器在单微指令方式下进行调试,直到成功。(2)在调试成功的基础上,
3、整理出设计文件。1.硬连线控制器逻辑模块图;2.硬连线控制器指令周期流程图;3.硬连线控制器的硬件描述语言源程序;4.测试程序;5.设计说明书;6.调试总结。四、硬连线控制器逻辑模块图 本实验要求设计硬连线控制器,而仍然利用实验台的数据通路和其他模块。因此我们只需对硬连线控制器部分进行编程就行了。TEC-8模型计算机电路框图如下图1。图1 TEC-8模型计算机电路框图从电路框图中可知,硬连线控制器与微程序控制器不同,其产生的控制信号除了受译码器输出信号SWCSWA、IR7IR4,节拍电位信号T1T3,状态条件信号Z、C,以及CLR#的控制外,还受时序发生器产生的节拍脉冲信号W3W1的控制。硬连线控制器的逻辑模块图为:图2 硬连线控制器的逻辑模块图五、硬连线控制器指令周期流程图与微程序控制器不同,硬连线控制器以节拍电位W3W1为时间单位。其指令周期流程图为:图3硬连线控制器参考流程图一个执行框代表一个节拍电位时间,TEC-8实验系统中采用了可变节拍数来执行一条机器指令。从上图中可知,大部分指令只需要两个节拍电位W1和W2,少数指令还需要W3。因此当需要W3时在W2时产生一个信号LONG。
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