Logisim设计模型机——编制并执行程序

最新推荐文章于 2025-04-23 07:12:13 发布

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分类专栏： logisim 文章标签： logisim 计算机组成原理

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_41420747/article/details/91444626

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前言

计算机组成原理课程设第一部分使用logisim软件设计一个模型机器，包括但不限于CPU，主存，实现至少4条指令，在其上编织并执行一个程序（最好是循环程序）。

题目

logisim设计相应的课程设计逻辑电路。

1. 课程设计基本完成作业

具体电路功能为

（1）有清晰是时序逻辑。

（2）有完整的微操作发生器（四条基本指令：ADD LDA JMP STP）。

（3）数据传递正确，并能运行出结果，结果存在ACC（累加器）中。

2. 课程设计选做作业

具体电路功能为

（1）有清晰是时序逻辑。

（2）有完整的微操作发生器（八条基本指令、建议可以实现一个循环程序段）。

（3）数据传递正确，并能运行出结果，结果存在ACC（累加器）中。

相关文档

设计方案

设计指令集
为每个指令设计微操作
做微操作时间表
根据时间表制作微操作发生器Microoperation signal generator（我简称为MOG）
制作CPU和存储器等部件
调试执行

具体实施

设计指令集

该指令集设计为8位的指令字长，高四位为OP，低四位为地址码或者立即数。

我首先设计并完成了8条指令：LDA（取数） ADD STA（存数） SHL SHR NOT JMP STP（停止）

为了实现循环又添加了4条指令：CMP INC LDI（取数至ID寄存器） JE

如下图所示

需要注意的是在相关文档中，提到在数据寻址时，高位自动补1010，在跳转指令寻址时高位自动补0001

比如：0000 0001 识别为LDA [1010 0001]; 1100 0001 识别为JMP [0001 0001] 如下图所示

故而需要在寻址时设计一个根据指令不同自动补齐高位的电路。（在下面的指令寄存器电路模块有所体现）。

为每个指令设计微操作

在此举几个例子：

· ADD
EF:
    T0: PC->MAR; 1->R
    T1: M[MAR]->MDR; PC+1->PC
    T2: MDR->IR
    T3:
EX:
    T0: Ad(IR)->MAR; 1->R
    T1: M[MAR]->MDR
    T2: MDR->X
    T3: X+ACC->ACC

· LDA
EF:
    T0: PC->MAR; 1->R
    T1: M[MAR]->MDR; PC+1->PC
    T2: MDR->IR
    T3:
EX:
    T0: Ad(IR)->MAR; 1->R
    T1: M[MAR]->MDR
    T2: MDR->ACC
    T3:

FE是取指令周期，EX是执行周期。这里不考虑间址周期。