计算机组成原理实验-2.9-硬布线控制器

1、2021/3/10 讲解：XX 1 QQ: 68046508 2021/3/10 讲解：XX 2 掌握硬布线控制器的组成原理及设计方法。掌握硬布线控制器的组成原理及设计方法。 理解单周期和多周期硬布线控制器的理解单周期和多周期硬布线控制器的“状态机状态机”模型，了模型，了 解两者间的差异。解两者间的差异。 2021/3/10 讲解：XX 3 2021/3/10 讲解：XX 4 2021/3/10 讲解：XX 5 NOP 0000XXXX 空指令：不执行任何操作空指令：不执行任何操作 HLT1110XXXX “断点断点”：硬件停机：硬件停机 JMP1 0010XXXX 间接寻址：间接寻址： ad

2、dr1 =addr2，addr2 PC JMP2 addr1 直接寻址：直接寻址： addr1 PC 0100XXXX addr1 二次间二次间址：址：addr1=addr2, addr2=addr3, addr3PC JMP3 0110XXXX addr1 2021/3/10 讲解：XX 6 【T1】源部件】源部件总线总线BUS【T2】总线】总线BUS目标部件目标部件 【M1】【M2】 单周期单周期 硬布线控制器硬布线控制器 状态机状态机 【M3】【M4】 【T1】源部件】源部件总线总线BUS【T2】总线】总线BUS目标部件目标部件 【M1】【M2】 多周期多周期 硬布线控制器硬布线控制器

3、状态机状态机 【M3】【M4】 2021/3/10 讲解：XX 7 HLTHLT指令指令 P1( 0 0 I7 I6 I5 ) 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 硬件停机硬件停机 【M1】 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【M2】 【M3】 【M4】 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【M2】 【M3】 【M4】 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1

4、【T1】 【T2】 【T1】 PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【M2】 【M3】 【M4】 【T1】 【T2】 【T1】 【T2】 【T1】 【T2】 【M2】 【M3】 【M4】 【T1】 【T2】 【T1】 【T2】 JMP3JMP3指令指令JMP2JMP2指令指令JMP1JMP1指令指令NOPNOP指令指令 单周期单周期 硬布线控制器硬布线控制器 状态机流程图状态机流程图 微操作信号M1M2M3M4 LDIRNOP/HLT/JMP1/JMP2/JMP3 LDARNOP/HLT/JMP1/JMP2/JMP3JMP1/JMP2/JMP3JMP2/JMP3JMP3 NO

5、P/HLT/JMP1/JMP2/JMP3JMP1/JMP2/JMP3JMP2/JMP3JMP3 JMP1/JMP2/JMP3JMP2/JMP3JMP3 PC_INCNOP/HLT/JMP1/JMP2/JMP3JMP1/JMP2/JMP3JMP2/JMP3JMP3 2021/3/10 讲解：XX 8 2021/3/10 讲解：XX 9 多周期多周期 硬布线控制器硬布线控制器 状态机流程图状态机流程图 HLTHLT指令指令 P1( 0 0 I7 I6 I5 ) 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 硬件停机硬件停机 【M1】 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUS

6、IR, PC+1 【M2】 【M3】 【M4】 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【M2】 【M3】 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【T1】PCAR,ROMBUS 【T2】BUSIR, PC+1 【M2】 JMP3JMP3指令指令JMP2JMP2指令指令JMP1JMP1指令指令 NOPNOP指令指令 M1M时序：时序：M=NOPM1+JMP1M2+JMP2M3+JMP3M4 LDIR = #LDPC =

7、M1 LDAR = PC_INC = 1 #OE = 0 2021/3/10 讲解：XX 10 2021/3/10 讲解：XX 11 时钟时钟CLKCLK接在接在MANUAL_CLKMANUAL_CLK端，令端，令RESET=1RESET=1，则，则#CLR=0#CLR=0，清零，清零 微地址寄存器微地址寄存器MA4MA0MA4MA0和指令寄存器和指令寄存器IRIR。此时，。此时，#HLT=1#HLT=1，且，且 74LS19474LS194状态状态S0,S1=1,1S0,S1=1,1，工作模式是送数。，工作模式是送数。 令令RESET=0RESET=0，74LS19474LS194恢复循环右

8、移模式，进入第一条指令恢复循环右移模式，进入第一条指令 的取指周期节拍时序。的取指周期节拍时序。 注：跳出注：跳出“断点断点”后后，CPUCPU进入进入HLTHLT指令指令的的后续下一条指令的取指周期后续下一条指令的取指周期。 2021/3/10 讲解：XX 12 2021/3/10 讲解：XX 13 汇编助记符汇编助记符注释注释(M地址：机器指令地址：机器指令) JMP1, 06H 程序跳转到地址程序跳转到地址06H执行执行 06HPC 00H:00100000 01H:00000110 HLT停机停机02H:11101010 NOP/Addr空空/【地址地址】03H:00001010 JM

9、P3, 0BH 程序跳转到地址程序跳转到地址 0BH 执行执行 0BH=03H, 0BH=03H=0AH 0AHPC 04H:01100000 05H:00001011 NOP/Addr空空/【地址地址】06H:00000010 HLT停机停机07H:11100001 JMP2, 06H 程序跳转到地址程序跳转到地址06H执行执行 06H=02H, 02HPC 08H:01000000 09H:00000110 HLT停机停机0AH:11100000 NOP/Addr空空/【地址地址】0BH:00000011 2021/3/10 讲解：XX 14 请问多周期硬布线控制器可否取消请问多周期硬布线

10、控制器可否取消TCLOCKTCLOCK，简化为只有一，简化为只有一 级状态机级状态机MCLOCKMCLOCK？如果可以，硬布线控制器电路怎么修改？如果可以，硬布线控制器电路怎么修改？ 在本实验的在本实验的 CPU CPU模型机上增加两个模型机上增加两个74LS17374LS173寄存器寄存器R1R1和和R2R2， 以及一个连接总线以及一个连接总线BUSBUS的的8 8位拨码开关，扩展位拨码开关，扩展CPUCPU指令集，增指令集，增 加下述加下述MOV/SETMOV/SET指令及相应的微指令指令及相应的微指令： 注：注：IMMIMM是由拨码开关输入的是由拨码开关输入的8 8位立即数；位立即数；RARA和和RBRB是是在指令在指令“功能功能” ” 描述中的描述中的逻辑寄存器，可以逻辑寄存器，可以对应对应R0R0或或R1R1寄存器。寄存器。 I7 I6 I5 I4I3 I2 I1 I0 2021/3/10 讲解：XX 15 在在上述上述思考题的电路基础上，参考上述思考题的电路基础上，参考上述“2.5“2.5运算器实验运算器实验”， 再再增加增加74LS18174L