山东大学软件学院计算机组成原理课程设计实验三

一、实验时间

第三次实验：2021年4月8日星期四，第六周
第一次部件级实验，开始算分

二、实验内容

微程序控制的运算器设计

1. 实验目的

（1）熟悉简单运算器的结构
（2）熟悉微命令的产生和时序
（3）熟悉运算器功能测试。

2. 设计要求

利用之前设计的具有超前进位功能的8位ALU，实现简单算术或逻辑运算
两操作数由八位寄存器R0、R1提供，其结果放入R2中。
具体何种操作可由微命令任意设定（物理运算由ALU电路完成）。
此外，还要求设计微程序控制器中的uPC

3. 实验基本思路

整个实验由两个部分构成，一是设计的微指令，二是运算器和程序计算器的电路

项目整体架构图

一、用户自己设计的微指令

（1）用户设计的微指令默认从0号单元写入（如果计数器没有预置初值功能）
如果计数器有预置初值的功能，就可以指定某一号单元写入

（2）微指令字长为24位，采用立即寻址方式获得参与运算的数

我自己设计的微指令格式如下

微指令：A0-A7，A8-A15，A16-A23
最高八位为立即数
A23-A16 ----> D0-D7
中间八位中的前6位分别控制ALU的运算方式和进位
A15-A10 ----> C0,M,S0,S1,S2,S3
A9-A8—>值为0
最后八位
A7：寄存器R0的脉冲
A6：寄存器R1的脉冲
A5：寄存器R2的脉冲
A4：LM（左移）实现乘2功能
A3：DM（直送）
A2：RM（右移）实现除2功能

（3）使用软件将对应的微指令写入指定的单元内存中

要求会使用相应的软件，并明确微指令的格式，编写的含义和具体的存放地址

二、运算器和程序计算器的电路

（1）程序计数器uPC

程序计数器uPC模拟的是计算机中PC的用法，PC保存的是当前指令的地址，取完指令之后，
PC自动+1，寻找下一条指令
我的uPC采用的是异步模256加1计数器，可以预置初值（即初始指令的地址）
uPC来一次脉冲就计数+1，对应的输出就是微指令存储的地址
uPC同时具有清0的功能，当按下CPU复位键时，uPC自动清0

（2）运算器部分

运算器由三个寄存器和一个ALU电路构成
R0，R1保存要加的两个数
R2保存结果，并呈现到输出面板上
ALU电路由两个74181和一个74182电路构成
另外还有控制运算器采用什么运算的几个管脚

运算器框架图

（3）附加功能

在运算器输出端，可以加一个移位器，实现数据的左移（乘2），右移（除2），直送
而控制左移右移直送的信号由微程序提供

三、电路图

1. 可预置初值的模256异步计数器

这里复用了可预置初值的模16异步计数器

2. 8位ALU电路

3. 总图

这里最后的输出用了补码移位器

四、补充

1.脉冲的作用

在本次实验中，脉冲一共有四个作用，因此上面的总图中，脉冲CP并联了四个输出

2.绑定的管脚

uPC（模256计数器）的八个输出连到实验平台上的ROM，对应绑定的管脚如下

微指令的高八位连寄存器R0和R1的输入，而后其它位绑定对应的输入管脚

uPD和CPuIR绑定的管脚

单脉冲和清零（CPU复位）绑定的管脚号