2簡單計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路和控制器設(shè)計一、控制器和PC模塊0123456789/////////////0101000000010000000000000000000000011012347650123334444000000001111100000000000000001000011111110111100000000000000001000001111111000000000000110110001000000ctrlunit(inputZERO,inputoutputregoutputalways@(*)beginelseelse

elseALUSRCB=1'b0;elseWRITEMEM=1'b0;elseWRITEREG=1'b0;elseMEMTOREG=1'b0;elseelseZERO0OP的逐漸增加，各個輸出變量的值是滿足ZERO1OP1314PC模塊本質(zhì)上是和計算在ROM當(dāng)中代碼的一個較小型的時序邏輯電路，其輸入輸出關(guān)系根據(jù)指示書有：若JUMP=1，將imm對應(yīng)的立即數(shù)作為下一個PC值；若BRANCH＝1并且JUMP≠1，則將imm+PC+1作為下一個PC值；若JUMP和BRANCH均為0，則直接將PC+1作為下一個PC值。根據(jù)這個邏輯關(guān)系，即可列寫邏輯電路以實現(xiàn)功moduleinputinput[7:0]imm,PC模塊的仿真如上圖所示?？梢钥吹?，在BRANCH信號到來前，PC的值在每個clk的上升沿+1；在BRANCH信號到來后，由于輸入的立即數(shù)為3，從而此后PC的值在每個clk的上升沿+4；撤去BRANCH信號之后，PC的變化又回到之前的初始狀態(tài)。在JUMP信號到來之后PCclk5。綜合看來，PC模塊也能實現(xiàn)基本1、ADDWRTEREGREDESrsrt0002，rd01。寄存器模塊給出R0R2Q1Q2作為運算數(shù)ALU；ALUSRCB(0)Q2ALUb端口；ALU接收到加法信號進(jìn)行運算，運算結(jié)果輸出；WRITEREG信號控制多路開關(guān)選擇將ALU的結(jié)果輸出給寄存器組；REGDES信號控制多路開關(guān)選擇rd作為目標(biāo)寄存器，寄存器組將接收到的數(shù)據(jù)存入R1中。2、SUBC這仍然是一條R型指令，其數(shù)據(jù)通路和上一條幾乎相同。不同之處僅僅在于寄存器的ALU的運算符。此時控制器接收到的op為0101（帶進(jìn)位減ALU的控制信號為6，帶進(jìn)位減。此時控制器接收到的op為1000，送出的控制信號為ALUC（1，與，ALUSRCB和WRITEREG。rsrt0201。其數(shù)據(jù)的具體運行過程為：寄存器模塊給出R2的值Q1作為運算數(shù)給ALU；REGDES信號控制多路開關(guān)選擇立即數(shù)輸出給ALU的b端口；ALU接收到運算信號進(jìn)行與運算，運算結(jié)果輸出；WRITEREG信號控制多路開關(guān)選擇將組將接收到的數(shù)據(jù)存入R1中。4、BEQR2,R3,rs和rt分別為02和03。其數(shù)據(jù)的具體運行過程為：寄存器模塊給出R3，R2的值Q1，Q2作為運算數(shù)給ALU；REGDES信號控制多路開關(guān)選擇Q2ALU的b端口；ALU接收到運算信號進(jìn)行不帶進(jìn)位減運算，運算結(jié)果輸出，同時給出ZERO信號；根據(jù)ZERO信號，控制器同時給出BRUNCH信號；根據(jù)ZERO和BRUNCH信號，PC控制模塊改變PC5、LWR3,R2,op1011ALUC（3，加法，ALUSRCB，WRITEREG和MEMTOREG。rs和rt分別為02和03。其數(shù)據(jù)的具體運行過程為：寄存器模塊給出R2的值Q1作為運算數(shù)給ALU；REGDES信號控制多路開關(guān)選擇立即數(shù)輸出給選擇RAM的結(jié)果輸出；WRITEREG信號控制多路開關(guān)選擇將RAM的結(jié)果輸出給寄存器6、SWR2,R1, ，ALUSRCB，R1Q1作為運算數(shù)給ALUREGDES信號控制多路開關(guān)選擇立即數(shù)輸出給ALU的地址輸入，WRITEMEM控制將R2的值Q2寫入RAM。三、計算機系統(tǒng)AA計算機系統(tǒng)A主要由之前搭建的各個模塊構(gòu)成，模塊之間的關(guān)系如上圖所示。為了進(jìn)譯的主要作用是將ROM輸出的16位數(shù)據(jù)拆分成相應(yīng)的op，rs，rt，rd和imm；數(shù)據(jù)選NI端，ALUbDI端。為了便于仿真，的carry_in端口接到了高電平。在此系統(tǒng)上得到的仿真結(jié)果如下圖所示：其中，PC為指針，S為寄存器組DI的輸入，ALU_outALU的輸出，Q1，Q2為寄存器組的輸出，CS為此時ALU的運算符號，q為ROM的輸出。ADDIR1,R0,1ADDIR2,R0,2ADDIR3,R0,3ADDR1,R0,R2SUBCR3,R2,R1ANDIR1,R2,0x20BEQR2,R3,4LWR3,R2,0x22SWR2,R1,0x26JMP0A101A202A303224059C08920DB04BB22C626（帶借位，此時carry_in為1），得到0存入R3，仿真波形中的結(jié)果也是正確的，并且carry_out的值為一，表明運算沒有借位發(fā)生，與理論符合；再將R2和0x20相與的結(jié)果賦此時R22，R30PC=PC+1，仿真的結(jié)果也是這樣的，程序進(jìn)入下一語句；再接著，0x24（R2+0x22）地址的RAM數(shù)據(jù)（應(yīng)該是0）再存入R3，從仿真來看ALU運算的結(jié)果和DI的值都是正確的；再然后，將R2的數(shù)據(jù)寫入RAM的地址0x26（R+x6要設(shè)計一條實現(xiàn)比較功能的I型指令，由于四位操作碼只有15條已有指令，因此運算的結(jié)果賦給一個寄存器，其中a來自寄存器，而b為立即數(shù)：如果a<b則輸出1，反之輸出零。匯編語言格式為：SLTIRtRs,imm。執(zhí)行操作為：IfRs<imm，Rd=1；elseRd=0；PC=PC+1。其編碼即按照I型指令編碼。這條語句的數(shù)據(jù)通路和寄存器操作的I型指令是一樣的，唯一的不同在于給ALU的運0123456789/////////////0101/00000001000000000000000