模型機(jī)詳細(xì)介紹.doc

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1、模型機(jī)詳細(xì)介紹模型機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，如果對(duì)模型機(jī)的結(jié)果和工作原理不了解的話在做模型機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)將非常困難，所以在這里對(duì)模型機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程和控制器的控制原理等做詳細(xì)介紹，以讓大家更好的進(jìn)行模型機(jī)實(shí)驗(yàn)，從而進(jìn)一步理解計(jì)算機(jī)組成原理這門課程中的知識(shí)。1.模型機(jī)的結(jié)構(gòu)模型機(jī)主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)總線、輸入輸出和時(shí)序產(chǎn)生器組成，模型機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1模型機(jī)結(jié)構(gòu)圖（1）運(yùn)算器。運(yùn)算器又由運(yùn)算邏輯單元、數(shù)據(jù)暫存器、通用寄存器組成。在圖1模型機(jī)的結(jié)構(gòu)圖中，ALU、ALU_G和74299組成運(yùn)算邏輯單元，其中ALU是由2個(gè)4位的74LS1

2、81串聯(lián)成8位的運(yùn)算器，ALU_G是ALU-G實(shí)現(xiàn)用于控制ALU的運(yùn)算結(jié)果的輸出，74299用74LS299實(shí)現(xiàn)用于對(duì)ALU的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行移位運(yùn)算；數(shù)據(jù)暫存器在圖1中由DR1和DR2組成，DR1和DR2都是用74LS273實(shí)現(xiàn)，它們用于存儲(chǔ)運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)；通用寄存器在圖1中由R0、R1和R2組成，R0、R1和R2都是用74LS374實(shí)現(xiàn)，它們用作目的寄存器和源寄存器。（2）控制器?？刂破饔晌⒊绦蚩刂破?、指令寄存器、地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器組成。在圖1中微程序控制器表示為MControl，它里面存放了指令系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的全部微程序，微程序

3、控制器是由微控制存儲(chǔ)器和3個(gè)138譯碼器實(shí)現(xiàn)（A138、B138和P138），用于產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制各個(gè)組件的工作狀態(tài)；在圖1中指令寄存器表示為IR，指令寄存器由一個(gè)74LS273實(shí)現(xiàn)，用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令；在圖1中地址寄存器表示為AR，地址寄存器由一個(gè)74LS273實(shí)現(xiàn)，在讀取或者寫入存儲(chǔ)器時(shí)用于指明要讀取或?qū)懭氲牡刂罚怀绦蛴?jì)數(shù)器在圖1中由PC_G和PC組成，其中PC是由八位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，用于產(chǎn)生程序指針pc的下一個(gè)值，PC_G由PC-G實(shí)現(xiàn)，用于存儲(chǔ)程序的程序指針pc的值。（1）存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器在圖1中表示為MEN，存儲(chǔ)器用

4、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器6116實(shí)現(xiàn)，用來(lái)存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線用于連接運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入輸出等模塊，數(shù)據(jù)總線由ccp_DataBus實(shí)現(xiàn)。（3）輸入輸出。輸入輸出類似于鍵盤和顯示器。（4）時(shí)序產(chǎn)生器。在圖1中T1、T2、T3和T4等控制信號(hào)都是由時(shí)序產(chǎn)生器生產(chǎn)，時(shí)序產(chǎn)生器由時(shí)序電路實(shí)現(xiàn)如圖2所示，時(shí)序產(chǎn)生器一個(gè)周期中產(chǎn)生四個(gè)脈沖信號(hào)T1~T4，這四個(gè)脈沖信號(hào)用于控制組件的執(zhí)行順序，組件在這些信號(hào)的控制下有序的執(zhí)行，一個(gè)周期中完成一條微指令的執(zhí)行。圖2時(shí)序產(chǎn)生器2.模型機(jī)的工作過(guò)程模型機(jī)的工作過(guò)程可以歸納如下：(1)控制器把P

5、C中的指令地址送往地址寄存器AR，并發(fā)出讀命令。存儲(chǔ)器按給定的地址讀出指令，經(jīng)由存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR送往控制器，保存在指令寄存器IR中。(2)指令譯碼器ID對(duì)指令寄存器IR中的指令進(jìn)行譯碼，分析指令的操作性質(zhì)，并由控制電路向存儲(chǔ)器、運(yùn)算器等有關(guān)部件發(fā)出指令所需要的微命令。(3)當(dāng)需要由存儲(chǔ)器向運(yùn)算器提供數(shù)據(jù)時(shí)，控制器根據(jù)指令的地址部分，形成數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元地址，并送往地址寄存器AR，然后向存儲(chǔ)器發(fā)出讀命令，從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)由存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR送往運(yùn)算器。(4)當(dāng)需要由運(yùn)算器向存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)時(shí)，控制器根據(jù)指令的地址部分，形成數(shù)據(jù)

6、所在的存儲(chǔ)單元地址，并送往存儲(chǔ)器地址寄存器AR，再將欲寫的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR，最后向存儲(chǔ)器發(fā)出寫命令，MDR中的數(shù)據(jù)即被寫入由MAR指示地址的存儲(chǔ)單元中。(5)一條指令執(zhí)行完畢后，控制器就要接著執(zhí)行下一條指令。為了把下一條指令從存儲(chǔ)器中取出，通?？刂破靼裀C的內(nèi)容加上一個(gè)數(shù)值，形成下一條指令的地址，但在遇到“轉(zhuǎn)移”指令時(shí)，控制器則把“轉(zhuǎn)移地址”送入PC?？刂破鞑粩嘀貜?fù)上述過(guò)程的(1)到(5)，每重復(fù)一次，就執(zhí)行了一條指令，直到整個(gè)程序執(zhí)行完畢。3.中央處理器中央處理器（CPU）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心組成部件，它通常包括控制器和運(yùn)算器

7、兩大部分。CPU所能完成的基本功能是讀取并執(zhí)行指令。這里將中央處理器作為一個(gè)整體來(lái)討論。介紹了中央處理器的功能、計(jì)中央處理器的組成、指令周期。1）中央處理器的功能計(jì)算機(jī)必須要有一個(gè)控制并執(zhí)行指令的部件，該部件不僅要與計(jì)算機(jī)的其他功能部件進(jìn)行信息交換，還要能控制它們的操作，這個(gè)部件就是中央處理器（CPU）。CPU硬件組織所完成的基本功能是：讀取并執(zhí)行指令。對(duì)于整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有如下幾方面功能：（1）指令控制：控制指令按一定順序執(zhí)行。（2）操作控制：控制其他功能部件按指令要求進(jìn)行操作。（3）時(shí)間控制：整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序的執(zhí)行及各種操作實(shí)施都在

8、嚴(yán)格的時(shí)間控制下有條不紊地自動(dòng)工作。（4）數(shù)據(jù)加工：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算。2）中央處理器的組成根據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)CPU的要求，CPU必須做如下事情：（1）取指令：讀取某一主存單元的內(nèi)容，