计 算 机 课组 程成 设原 计理

计算机组成原理

课程设计

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DVCC 计算机组成实验系统的主要功能模块1 、运算器模块 由算术逻 辑运算部 件 ALU 、 数据暂存 器、 数 据输出缓 冲 器、进 位控制和 判零标志 控制电路 等构成。 硬件电路 如图所示。

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以 8 位机为例说明运算器模块的组成和工作原理。硬件图简化为：

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（ 1 ）算术运算部件 ALU

由 U31 、 U32 （两片 74LS181 ）构成。运算类型由 S0 、 S1 、S2 、 S3 、 M 、 CN0 确定。（ 2 ）数据暂存器 U29 （ 74LS273 ）构成数据寄存器 DR1 ， LDDR1 控制数据锁存； U30 （ 74LS273 ）构成数据寄存器 DR2 ， LDDR2 控制数据锁存；（ 3 ）数据输出缓冲器 U33 （ 74LS245 ）， ALUB 控制 ALU 产生运算结果数据的输出；

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2 、微程序控制器模块 4 个组成部分： 控制存储器 CM ； 微地址发生器 微代码发生器 微代码和指令译码器

硬件系统框图如下：

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3 、寄存器组模块 有 4 个寄存器 R0 、 R1 、 R2 、 R3 ，可作通用寄存器、源寄存器、目 的寄存器和变址寄存器。 由 4 片 74LS374 锁存器 U41- U44 构成 R0 、 R1 、 R2 、 R3

寄存器 Ri （ 74LS374 ）由 LDR

iK 信号 控制 Ri 的数据锁存；RiB 信号控制 Ri 的数据输出；

寄存器 Ri 的输入端 D0-D7 接内部数据总线 BUSD0-BUSD7 ；

寄存器 Ri 的输出端 Q0-Q7 连接接线端口 REGBUS ；

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LDRiK 信号、 RiB 信号由指令操作码 I0 、 I1 、 I2 、 I3 和微命令译码产生。

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4 、主存储器单元电路模块 （ 1 ）主存储器 由 1 片 6264 （ U52 ）构成系统 8KB 容量的存储器；

存储器的地址线接 AD0-AD7 ，数据线接扩展数据总线 EXD0-EXD7 ，片选信号由地址译码器输出 Y1 或 p1.1 控制

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（ 2 ）地址锁存器 由 1 片 74LS273 （ U37 ）构成地址锁存器 AR ， AR 的输出Q1-Q8 接存储器 6264 的地址线 A0-A7 ， AR 的输入接内部数据总线 BUSD0-BUSD7 ， 由 LDAR 信号控制 AR 的数据锁存。

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5 、指令寄存器 采用 1 片 74LS273 （ U36 ）构成指令寄存器 IR 。

指令寄存器的输入端 D1-D8 接内部总线 BUSD0-BUSD7 ，其输出端 Q1-Q8 为 I0 – I7 ，分别接译码电路。

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6 、程序计数器 采用 2 片 74LS161 （ U38 、 U39 ）构成 16 位程序计数器 PC 。

2 片 74LS161 的输入端 P0- P3 分别和接内部总线 BUSD0 - BUSD

7

连接，其输出端 Q0-Q3 分别接三态输出缓冲器 U40 （ 74LS245 ）。

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控制信号 LDPC 、 LOAD 的不同组合决定 74LS161 的不同工作方式： LDPC=1 、 LOAD=1 时， 74LS161 为计数状态，当 T4 脉冲到来 时， PC+1 ； LDPC=1 、 LOAD=0 时， 74LS161 为接收数据状态； 74LS245 （ U40 ）为 PC 的输出缓冲器， 控制信号 PCB 为其门控信 号，控制 PC 值输出到接线端口 PCBUS 。6 、外部设备 （ 1 ）输入设备及其接口

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7 、外部设备 （ 1 ）输入设备及其接口

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8 个开关 KD0-KD7 和 1 片 74LS245 （ U51 ）构成系统键盘及其接口， 开关 KD i 闭合时，状态输入线 i 为 0 （低电平）； 开关 KD i 断开时，状态输入线 i 为 1 （高电平）；

开关状态输入端口 74LS245 （ U51 ）输入端 A0-A7 连接开关 KD0-KD

7 ；输出端 B0-B7 连接外部数据总线 EXD0-EXD7 ；其控制信号 SWB 由 地 址译码信号 Y0 与读写信号 WE 确定。

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（ 2 ）输出设备及其接口

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2 个 8 段 LED 显示器 2 片 GAL16V8 （ U53 、 U54 ）作 8 段译码和驱动电路。 GAL16V8 的输入端接外部数据总线，其数据输入控制信号 LEDB

和 OUTWE 由 Y2 与读写信号 WE 确定。

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5 条基本指令的机器代码1 、助记符指令 外设输入指令 IN

二进制加法指令 ADD [ADDR]

存数指令 STA [ADDR]

输出到外设指令 OUT [ADDR]

无条件转移指令 JMP [ADDR]

2 、机器码指令 ◆ IN 指令为单字节指令，该字节为指令操作码； IN 指令的机器码为： 0000 0000 （ 00H ）

◆ ADD [ADDR] 指令为双字节指令，一字节为指令操作码，一字节 为地址码； ADD [ADDR] 指令的机器码为： 0001 0000 XXXX XXXX

（ 10 XXH ）