第20讲 硬布线控制器PPT课件

硬布线控制器组合逻辑单元logisim设计原理(一)硬布线控制器组合逻辑单元logisim设计引言在数字电路设计中，组合逻辑电路（Combinational Logic Circuit）由一系列的逻辑门和逻辑门之间的连线组成。

而硬布线控制器（Hardwired Control Unit）是指根据固定的逻辑规则实现的指令解析和控制信号生成功能的电路单元。

在本文中，我们将介绍如何利用logisim设计一个基本的硬布线控制器组合逻辑单元。

设计原理硬布线控制器的核心是组合逻辑电路，通过逻辑门和逻辑门之间的连线实现不同的控制信号生成功能。

在logisim中，我们可以利用预置的逻辑门模块和连线工具来实现硬布线控制器的设计。

步骤1.导入logisim在首先，我们需要下载并安装logisim软件。

logisim是一款开源的数字电路设计工具，提供了丰富的组合逻辑元件和连线工具。

2.创建新电路打开logisim后，点击“新建”按钮创建一个新的电路文件。

我们可以将电路文件保存为任意名称，方便后续使用。

3.添加输入端口在logisim中，我们可以通过添加端口元件来实现输入和输出的连接。

点击“添加”按钮，在弹出的菜单中选择“端口”，然后将端口元件拖放到电路画布上。

4.添加逻辑门元件根据具体的设计需求，我们可以在logisim中选择合适的逻辑门元件。

点击“添加”按钮，在弹出的菜单中选择对应的逻辑门元件，然后将其拖放到电路画布上。

5.连线连接通过选中逻辑门元件和端口元件，使用连线工具将它们连接起来。

可以通过点击逻辑门元件或端口元件的输入或输出端口，然后拖动连线工具来绘制连线。

6.设计控制信号逻辑利用不同的逻辑门元件和连线工具，根据逻辑规则来设计控制信号的生成逻辑。

可以使用与门、或门、非门等来实现逻辑运算，并利用连线工具进行输入端口和逻辑门元件之间的连接。

7.添加输出端口在logisim中，通过添加输出端口元件来输出结果。

点击“添加”按钮，在弹出的菜单中选择“端口”，然后将端口元件拖放到电路画布上。

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。

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辑构造电路网络，实现这些表达式的逻辑功能。

理论上,只要对所有控制信号都设计出译码函数,这个硬布线控制器的方案也就得到了。

根据要求，列出所需的控制台指令和机器指令DBUS图4 数据通路总体图老师提供的控制台指令流程图：在这个控制台里,我们将控制台指令KRR,KRＤ,KＷＥ,ＫLD,PＲ分别拆分为KRR1,KRR2,ＫRD１，KRD２，ＫＷＥ1,ＫWE2,ＫLD1,KLD2和PＲ1，PＲ2。

每个小指令分别占用Ｗ1-W4四个节拍。

分２次执行完成。

控制台控制信号作用:设计方案设计硬布线控制器的控制流程，也就是解决Ｍi、Ｉm、Bj如何起作用的问题。

设计微程序控制器时可以使用流程图,设计硬布线控制器同样可以使用流程图。

微程序控制器的控制信号以微指令周期为时间单位,硬布线控制器以节拍为时间单位,两者本质上是一样的,1拍和１个微指令周期都是从时序Ｔ1的上升沿到T4的下降沿的一段时间。

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。