实验五_CPU__指令译码器实验.doc

实验五_CPU__指令译码器实验 5 CPU指令译码器实验 .............................................................................................................. 2 5.1实验目的 ............................................................................................................................. 2 5.2实验原理 ............................................................................................................................. 2 5.3实验要求 ..................................................................................................................... 3 1、实验设计目标 ............................................................................................................. 3 2、顶层设计实体的引脚要求 ......................................................................................... 4 5.4实验步骤 ............................................................................................................................. 4 5.5思考题 ................................................................................................................................. 8 5 CPU指令译码器实验 5.1实验目的 (1)理解指令译码器的作用和重要性 (2)学习设计指令译码器 5.2实验原理 指令译码器是计算机控制器中最重要的部分。所谓组合逻辑控制器就是指令译码器电路是由组合逻辑实现的。 组合逻辑控制器又称硬连线控制器，是设计计算机中的一种方法。这种控制器中的控制信号直接由各种类型的逻辑门和触发器构成。这样，一旦控制器部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新连线，否则的话，要想增加新的功能是不可能的。结构上的这种缺陷使得硬连线控制器的设计和调试变得非常复杂而且代价很大。所以硬连线控制器曾一度被微程序控制器所取代。但是随着新一代机器及VLSI技术的发展，这种控制器又得到了广泛重视，如RISC机广泛使用这种控制器。 图5-1是组合逻辑控制器的结构方框图。逻辑网络的输入信号来源有3个:1指令操作译码器的输出In;2来自时序发生器的节拍电位信号Tk;3来自执行部件的反馈信号Bj。逻辑网络的输出信号就是微操作控制信号，用来对执行部件进行控制。 图5-1 组合逻辑控制器的结构方框图 显然，组合逻辑控制器的基本原理可描述为:某一微操作信号Cm是指令操作译码器的输出 In、时序信号(节拍电位信号Tk)和状态条件信号Bj的逻辑函数。即 Cm=f(In，Tk，Bj) 用这种方法设计控制器，需要根据每条指令的要求，让节拍电位和时序脉冲有步骤地去控制器的各有关部分，一步一步地执行指令所规定的微操作，从而在一个指令周期内完成一条指令所规定的全部操作。 一般来说，组合逻辑控制器的设计步骤如下。 (1) 绘制指令流程图 为了确定指令执行过程所需的基本步骤，通常是以指令为线索，按指令类型分类，将每条指令归纳成若干微操作，然后根据操作的先后次序画出流程图。 (2) 安排指令操作时间表 指令流程图的进一步具体化，把每一条指令的微操作序列分配到各个机器周期的各个时序节拍信号上。要求尽量多的安排公共操作。避免出现互斥。 (3) 安排微命令表 以微命令为依据，表示在哪个机器周期的哪个节拍有哪些指令要求这些微命令。 (4) 进行微操作逻辑综合 根据为操作时间表，将执行某一操作的所有条件(哪条指令、哪个机器周期、哪个节拍和脉冲等)都考虑在内，加