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1、1,综合内容,用组合逻辑设计方法设计一颗CPU，该CPU字长8位，有4条指令，分别是LDA, STA,ADD,HLT;内存有8个字节； 寄存器有R0,R1,PC,IR； 指令意义,2,一、先设计指令格式： 由于指令总数为4 ，所以用2位可以表示所有指令，指令格式为 用：00 表示 HLT,01表示LDA, 10 表示STA,11表示ADD; 用指令中的3位表示内存单元地址，用3位表示寄存器编号，000表示R0,001表示R1; HLT的指令格式： LDA的指令格式： STA的指令格式： ADD指令的格式：,3,二、构造数据通路如图,4,三、时序以及控制方式 采用同步控制方式，用定长指令周期方案
2、。采用3个CPU周期分别是IF、DOF、EXE， 每CPU周期有4个等宽度的节拍电位，每个节拍电位有1个节拍脉冲；,5,四、对指令集中每条机器指令列出其在数据通路中的指令操作流程 见 “DIYCPU指令执行流程.DOC”。,6,五、由上面的指令执行流程，得到每个微操作的逻辑表达式 ，见下表:PC-BUS = IF.T0.LDA +IF.T0.STA+IF.T0.ADD+IF.T0.HLT BUS-AR = LDA.IF.T0+ADD.IF.T0+STA.IF.T0+ HLT.IF.T0 +LDA.DOF.T0+STA.DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS-LA = LDA.IF.T0+ S
3、TA.IF.T0+ ADD.IF.T0+ ADD.DOF.T0+ HLT.IF.T0Clear = LDA.IF.T0+ STA.IF.T0+ ADD.IF.T0+ HLT.IF.T01-C0 = LDA.IF.T0+ STA.IF.T0+ ADD.IF.T0+ HLT.IF.T0,7,Add = LDA.IF.T0+ STA.IF.T0+ ADD.IF.T0+ HLT.IF.T0+ADD.EXE.T0READ = LDA.IF.T1+ STA.IF.T1+ ADD.IF.T1+ HLT.IF.T1+ LDA.DOF.T1+ADD.DOF.T2ALU-BUS = LDA.IF.T1+ STA.
4、IF.T1+ ADD.IF.T1+ HLT.IF.T1+ADD.EXE.T1BUS-PC = LDA.IF.T1+ STA.IF.T1+ ADD.IF.T1+ HLT.IF.T1,8,DR-BUS = LDA.IF.T2+ STA.IF.T2+ ADD.IF.T2+ HLT.IF.T2+LDA.EXE.T0+ADD.DOF.T3BUS-IR = LDA.IF.T2+ STA.IF.T2+ ADD.IF.T2+ HLT.IF.T2IR_Addr-BUS = LDA.DOF.T0 +STA.DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS-LB = ADD.DOF.T3BUS-DR = STA.EXE.T
5、0WRITE = STA.EXE.T1,9,BUS-Ri = LDA.EXE.T0+ADD.EXE.T1Ri-BUS = STA.EXE.T0+ADD.DOF.T01-DOF = LDA.IF.T3+STA.IF.T3+ADD.IF.T3+HLT.IF.T31-EXE = LDA.DOF.T3+STA. DOF.T3+ADD.DOF.T3+HLT. DOF.T31-IF = LDA.EXE.T3+STA. EXE.T3+ADD. EXE.T3+HLT. EXE.T3共 20个微操作,10,六、化简得到：PC-BUS = IF.T0;BUS-AR = IF.T0 +LDA.DOF.T0+STA.
6、DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS-LA = IF.T0+ ADD.DOF.T0Clear = IF.T0;1-C0 =IF.T0,11,Add = IF.T0+ADD.EXE.T0READ = IF.T1+ LDA.DOF.T1+ADD.DOF.T2ALU-BUS =.IF.T1+ADD.EXE.T1BUS-PC =IF.T1DR-BUS = IF.T2+LDA.EXE.T0+ADD.DOF.T3,12,BUS-IR = IF.T2IR_Addr-BUS = LDA.DOF.T0+STA.DOF.T0+ADD.DOF.T1BUS-LB = ADD.DOF.T3BUS-DR = STA.
7、EXE.T0WRITE = STA.EXE.T1,13,BUS-Ri = LDA.EXE.T0+ADD.EXE.T1 (再译码得到BUS- R0, BUS- R1 ) Ri-BUS = STA.EXE.T0+ADD.DOF.T0 (再译码得到R0-BUS, R1-BUS )1-DOF = IF.T31-EXE = DOF.T31-IF = EXE.T3,14,七、画出CPU的各部分电路图，如图 DIYCPU外观.swf DIYCPU电路图-ALU.swf DIYCPU电路图-组合逻辑控制器1.swf DIYCPU电路图-组合逻辑控制器2.swf DIYCPU控制线布局.swf。,15,设内存和PC寄存器的初始内容如图，试描述启动后各个电路部件的状态变化(涉及数据全部为二进制)：,
