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一、任务说明
1.主要任务
组合逻辑控制器实验
2.目的与意义
基本要求
(1)掌握计算机组合逻辑控制器工作原理;
(2)设计并实现一个至少包含完整两条指令功能的组合逻辑控制器。
扩展要求
(1)针对所实现的控制器优化时序生成电路;
(2)优化组合逻辑表达式;
思考内容
(1)思考短周期指令提前结束的实现方法;
(2)思考提高机器性能的可行方法
二、设计思路
1.电路功能分析
控制器的设计实现有两种方式:一种是微程序,另一种是组合逻辑线路,在这个实验中,我们采用的是组合逻辑线路;然后分析可以得出表达式,然后继续分析之后,得出优化表达式,然后根据表达式在proteus里面设计电路,在这个电路中,只是单纯的设计了逻辑控制,没有实际的输入,当进行整体模型机的时候,有输入信号之后,就可以输出信号;
三、具体实现
1.整体设计
_TS0、_TS1、_TS2是信号,00x,01x,02x,03x,04x,05x,06x,07x,08x,09x,0Ax,0Bx,0Cx,0Dx,0Ex是15个机器码,在实验proteus中,使用IH00,IH01,IH02,IH03,IH04,IH05,IH06,IH07,IH08,IH09,IH0A,IH0B,IH0C,IH0D,IH0E表示,采用优化后的表达式(T1+T3*(05x+06x)),在实验中,用ALU_T1表示T1,ALU_T2表示T2,ALU_T3表示T3,ALU_T4表示T4,ALU_T5表示T5,_TS0在proteus中就是用_TS0表示,在这个电路中,使用优化后的
(1)将表达式(T0+T2*-TS0),在proteus中,将ALU-T2和_TS0使用与门连接,然后输入它的标签为ALU_T2和_TS0,从与门输出的接口与ALU_T0使用或门连接,最后输出为读PC(RPC_A);
(2)将表达式(RPC+T4*(05x+06x))使用proteus使用一个与门将IH05与ALU_T4连接,再使用一个与门将IH06和ALU_T4连接,将这两个的输出结果与RPC使用或门连接,输出结果为WAR_A(写AR);
这个可以使用两个与门和一个三输入或门;
也可以使用两个或门和一个与门;
(3)在proteus中,将表达式(T1+T3*_TS0)表示,使用与门将ALU_T3和_TS0连接,将输出结果使用或门和ALU_T1连接,输出结果为MRI_A(取指令);
(4)使用一个输入信号,将其命名为MRI(取指令),使用一个非门输出结果为MRIN;
四、设计总结
- 在刚开始看这个视频的时候,对这个组合逻辑电路还是比较模糊哒,在进行了逻辑组合控制电路的线路连接后,使用与门和或门和非门连接后,对优化后的表达式有了清楚的理解;
- 在进行实验的过程中,使用很多现成的东西,使整个实验可以进行的很顺利;
- 如果做实验可以理解一下的话,做出来还是比较顺利的,在这个实验中,做了四个指令的具体连接线路;
思考内容
1、思考短周期指令提前结束的实现方法;
遇到停机指令或外来的干预可能会提前结束;
2、思考提高机器性能的可行方法。
(1) 基于响应时间的性能优化,可以提升CPU的主频,降低CPU的电压,提高晶体管的数量,但是受限于CPU的散热和功耗。
(2)删除临时的文件和目录;
(3)释放硬盘驱动器上的空间。
附1.电原理图
附2.元器件及真值表
元器件:
OUTPUT AND
INPUT OR
OR_3
真值表