计算机组成原理 5.5 硬布线控制器..

硬布线控制器的设计与调试教学目的、任务与实验设备教学目的熟练掌握实验5和硬布线控制器的组成原理与应用。

复习和应用数据通路及逻辑表达式。

学习运用ISP（在系统编程）技术进行设计和调试的基本步骤和方法，熟悉集成开发软件中设计调试工具的使用，体会ISP技术相对于传统开发技术的优点。

教学任务按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台硬布线控制器控制的模型计算机。

根据设计图纸，在通用实验台上进行组装，并调试成功。

在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。

实验设备TEC－4计算机组成原理实验系统一台直流万用表一只集成电路建议使用ISP芯片（一片ispLSI1032）。

采用ISP器件，则需要一台PC 机运行设计自动化软件(例如ispEXPERT)作设计、编程和下载使用。

总体设计思路（描述指令系统，给数据通路）采用与模型计算机相同的指令系统，即12条机器指令。

实验设计中采用该指令系统的子集：去掉中断指令后的3条机器指令，只保留9条指令。

采用的数据通路和微程序控制器方案相同。

·数据通路图和数据通路控制信号DBUS图4 数据通路总体图控制器的设计思路硬布线控制器能够实现控制功能，关键在于它的组合逻辑译码电路。

译码电路的任务就是将一系列有关指令、时序等的输入信号，转化为一个个控制信号，输出到各执行部件中。

根据硬布线控制器的基本原理，针对每个控制信号S，可以列出它的译码函数S = f( Im, Mi, Tk, Bj )其中Im是机器指令操作码译码器的输出信号，Mi是节拍信号发生器的节拍信号，Tk是时序信号发生器的时序信号，Bj是状态条件判断信号。

在TEC—4计算机组成原理实验系统中，因为时序信号Tk（T1—T4）已经直接输送给数据通路，所以译码电路不需Tk作为输入。

又因为机器指令系统比较简单，操作码只有４位，不需要专门的操作码译码器，因此Im直接就是操作码，即指令寄存器的IR4—IR7信号。

硬布线控制器组合逻辑单元logisim设计原理硬件布线控制器是一种用于控制计算机硬件的电路单元。

它通过输入和输出设备（如键盘、显示器、鼠标等）与计算机的中央处理器（CPU）进行通信，控制计算机各个部件的操作和数据传输。

硬布线控制器的设计原理是通过使用组合逻辑单元来实现不同的控制功能。

组合逻辑单元是由一系列逻辑门和触发器等构成的，它们可以实现不同的布尔逻辑运算。

在硬布线控制器中，组合逻辑单元被用于实现指令解码、数据传输控制、算术逻辑操作等功能。

在硬布线控制器中，指令解码是其中的一个重要功能。

当计算机接收到指令时，硬布线控制器会将指令进行解码，确定所需的操作，并将其发送到对应的硬件模块执行。

为了实现指令解码，可以使用译码器、多路选择器等组合逻辑单元来实现。

在解码过程中，控制器还需要保存程序计数器（PC）的值，以确保指令的顺序和正确运行。

数据传输控制是另一个重要的功能。

在计算机运行过程中，数据的输入和输出是不可避免的。

硬布线控制器使用组合逻辑单元来控制数据的输入和输出，包括通过总线（如地址总线、数据总线等）进行数据传输、选择合适的存储单元来存储数据等。

此外，硬布线控制器还可以实现算术逻辑操作。

在计算机运行过程中，通常需要进行一些数学或逻辑运算，如加法、减法、与门、或门、非门等。

硬布线控制器使用组合逻辑单元来实现这些运算，以支持计算机对数据的处理和操作。

总之，硬布线控制器通过使用组合逻辑单元实现了各种控制功能，以及数据传输和运算等操作。

它是计算机系统中不可或缺的一部分，能够使计算机能够进行各种操作，并且高效地处理和传输数据。

设计和理解硬布线控制器的原理对于学习和理解计算机系统的工作原理至关重要。

一．填空题（每小题3分，共15分）1．存储A.__ ____并按B._ ____顺序执行，这是C.__ ____型计算机的工作原理。

2．移码表示法主要用于表示A.__ ____数的阶码E，以利于比较两个B._ ____的大小和C.__ ____操作。

3．闪速存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性及A.__ ____能力，为现有的B.__ ___体系结构带来巨大变化，因此作为C.__ ____用于便携式电脑中。

4．微程序设计技术是利用A.__ ___方法设计B.__ ____的一门技术。

具有规整性、可维护性、C .___ ___等一系列优点。

5．衡量总线性能的重要指标是A.__ ____，它定义为总线本身所能达到的最高B.__ ____。

PCI总线的带宽可达C.__ ____。

1.A.程序 B.地址 C.冯·诺依曼2.A.浮点 B.指数 C.对阶3.A. 瞬时启动 B.存储器 C.固态盘4.A.软件 B.操作控制 C.灵活性5.A.总线带宽 B.传输速率 C.264MB / S二．二．填空题（每题3分，共15分）1 为了运算器的A. _____，采用了B. _____进位，C. _____乘除法和流水线等并行措施。

2 相联存储器不按地址而是按A. ______访问的存储器，在cache中用来存放B. ______，在虚拟存储器中用来存放C. ______。

3 硬布线控制器的设计方法是：先画出A. ______流程图，再利用B. ______写出综合逻辑表达式，然后用C. ______等器件实现。

4 磁表面存储器主要技术指标有A.______，B. ______，C. ______，和数据传输率。

5DMA 控制器按其A. ______结构，分为B. ______型和C. ______型两种。

6 A.高速性 B.先行 C.阵列。

7 A.内容 B.行地址表 C.页表和段表。

8 A.指令周期 B.布尔代数 C.门电路、触发器或可编程逻辑。

1.硬布线控制器硬布线控制器是将控制部件做成产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，产生各种控制信号，因而又称为组合逻辑控制器。

这种逻辑电路以使用最少元件和取得最高操作速度为设计目标，因为该逻辑电路由门电路和触发器构成的复杂树型网络，所以称为硬布线控制器。

缺点：（A）．一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则要想增加新的控制功能是不可能的（B）．当执行不同的机器指令时，通过激活一系列彼此很不相同的控制信号来实现对指令的解释，其结果使得控制器往往很少有明确的结构而变得杂乱无章组合逻辑控制器的最大优点是速度快，但是时序控制信号形成部件的结构不规整，使得设计、调试、维修较困难，难以实现设计自动化。

硬布线控制器逻辑设计中注意的事项 (1) 采用适宜指令格式，合理分配指令操作码； (2) 确定机器周期、节拍与主频； (3) 确定机器周期数及一周期内的操作； (4) 进行指令综合；综合所有指令的每一个操作命令，写出逻辑表达式，并进行化简。

(5) 明确组合逻辑电路。

将简化后的逻辑表达式用组合逻辑电路来实现。

操作命令的控制信号先用逻辑表达式列出，进行化简，考虑各种条件的约束，合理选用逻辑门电路、触发器等器件，采用组合逻辑电路的设计方法产生控制信号。

总之，控制信号的设计与实现，技巧性较强，目前已有一些专门的开发系统或工具供逻辑设计使用，但是，对全局的考虑主要依靠设计人员的智慧和经验实现。

2.微程序控制器采用微程序控制方式的控制器称为微程序控制器。

所谓微程序控制方式是指微命令不是由组合逻辑电路产生的，而是由微指令译码产生。

一条机器指令往往分成几步执行，将每一步操作所需的若干位命令以代码形式编写在一条微指令中，若干条微指令组成一端微程序，对应一条及其指令。

在设计CPU时，根据指令系统的需要，事先编制好各段微程序，且将它们存入一个专用存储器（称为控制存储器）中。

微程序控制器由指令寄存器IR、程序计数器PC、程序状态字寄存器PSW、时序系统、控制存储器CM、微指令寄存器以及微地址形成电路。

硬布线控制器组合逻辑单元logisim设计原理硬布线控制器是一种使用硬布线电路实现的组合逻辑控制器。

相比于其他逻辑控制器，硬布线控制器的一个主要优势是其实时性和可靠性。

这是因为硬布线控制器直接使用硬件电路实现逻辑功能，不需要经过中间步骤，使得其执行速度更快，同时也减少了电路中元件的数量，提高了电路的可靠性。

第一步是确定所需的逻辑功能。

硬布线控制器可以实现各种功能，如加法器、减法器、乘法器等。

设计者首先需要明确所需实现的功能，并根据功能需求来确定逻辑门的种类和数目。

第二步是确定输入和输出的位数。

输入和输出的位数决定了逻辑门的数量。

例如，如果需要一个8位加法器，需要8个输入引脚和2个输出引脚。

第三步是选择逻辑门的类型。

逻辑门有多种类型，如与门、或门、非门等。

选择逻辑门的类型需要根据功能需求和电路设计的时序要求来确定。

第四步是将逻辑门按照功能需求进行布线连接。

布线连接的方式可以通过各种方法实现，如连接线、跳线等。

具体的布线方式取决于电路设计者的个人喜好和电路的复杂程度。

第五步是进行模拟测试和调试。

设计者需要利用模拟工具，如logisim等，对设计的电路进行模拟测试和调试。

通过模拟测试，可以验证电路的正确性和稳定性，并进行必要的调整和优化。

以上是硬布线控制器的设计原理。

设计者需要在明确功能需求的基础上，选择适当的逻辑门类型，并进行布线连接。

通过模拟测试和调试，最终实现所需的功能。

硬布线控制器的设计过程需要充分考虑电路的性能要求和电路元件的可靠性，以确保电路的正确运行和长期稳定性。