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第4讲—简单模型机的设计（硬布线实现）;模 型 机 设 计 步 骤;1、 拟定指令系统;操作码OP 寻址方式 寄存器号 寻址方式 寄存器号;;寄存器组的设置 R0、R1为通用寄存器，8位。 IR为指令寄存器，8位。 PC程序计数器，8位。 MAR为地址寄存器，8位。 加法器ALU的设置 采用74181、74182实现 选择器的设置 连入A选择器的数据来源是RAM的读出数据和R0寄存器的数据。 连入B选择器的数据来源是PC的数据和R1的数据。 ;数据通路 模型机的数据通路是以总线为基础,以CPU为核心构成的。 取指令: MA A直传 CPIR RAM → 选择器A →∑ → Bus → IR 送指令地址 PB B直传 CPMAR PC → 选择器B →∑ → Bus → MAR 指令计数器＋1 PB A加B加1 （A为0） cppc PC → 选择器B → ∑→ Bus → PC ;R0→R1 RA A直传 CPR1 R0 → 选择器A →∑ → Bus → R1 R1→RAM RB B直传 C WR R1 → 选择器B →∑ → Bus → RAM ;3、 逻辑设计;图2 选择器设计;（2）寄存器的设计 不带复位的寄存器 结构中R0、R1通用寄存器，可存放操作数或结果、中间结果，每个寄存器均由8个D触发器构成。 在CPRi的作用下接收总线的数据送入寄存器，输出连入选择器。 指令寄存器IR1、IR2其结构同通用寄存器。 带复位的寄存器 结构中MAR地址寄存器是一个带复位的寄存器，带复位是指当有复位信号时，MAR清零。 逻辑图如图3所示。 ;图3 带复位的八位寄存器逻辑图;程序计数器PC的设计 程序计数器结构如上图3所示，是有复位信号的8位寄存器。PC加1是通过加法器实现的。 复位信号RET 的作用是有复位信号时，计数器PC清零。 （3）三态门的设计 利用2片74125实现： C=H时，三态;C=L时，Y=A ;（4）部件之间的连接 由系统结构图（图1）可看出，部件之间的连接是采用以CPU为中心的总线连接方式。 加法器的输出通过总线BUS连接到所有寄存器和存储器的输入端，除指令寄存器IR和地址寄存器MAR的输出端外，其它部件的输出端分别送入选择器A和选择器B。 连线图如图4所示。 ;图4 ;4、确定控制方式;;(1) 硬布线逻辑电路控制器的结构图：;两种实现方式的区别： 两种控制器实质性的差别，表现在处理指令各执行步骤的接续关系的方案和给出时序控制信号的办法完全不同，从而造成控制器的具体组成和运行原理、运行性能上的一些差异。 两种控制器组成的主要差异：微程序控制器中的控存变成这里的时序信号产生部件，还取消了微指令寄存器；原来的下地址部件变成了这里的节拍发生器；原来的微地址映射部件变成这里的操作码译码器；一些信号连接关系也有某些变化。 ; 组合逻辑控制器的组成与运行原理;（2）硬布线控制器各部件的设计 主振和启停电路的设计 译码器的设计 其它部件的设计： 所有指令执行步骤划分和功能确定； 节拍发生器（TIMING）设计与实现； 时序控制信号产生部件的设计与实现; ;主振和启停电路的设计 主振可使用连续脉冲，程序执行后，查看结果。 电路如下：;操作码OP译码器的设计 利用指令的操作码，得出逻辑表达式： 使用上述逻辑表达式，利用与门、非门设计电路。 ;所有指令执行步骤划分和功能确定;操作码OP 寻址方式 寄存器号 寻址方式 寄存器号;程序代码： 地址 代码 地址 内容 0 0001 10 00 1 0000 0101 2 0010 10 01 3 0000 0001 4 0011 00 01 5 0100 01 11 6 1111 0101 7