計算機(jī)組成原理課程設(shè)計微程序報告

1、微程序控制器的設(shè)計與實現(xiàn)目錄1 設(shè)計目的3.2 設(shè)計內(nèi)容3.3 具體要求3.4 設(shè)計方案3.5 調(diào)試過程.116 心得體會12微程序控制器的設(shè)計與實現(xiàn)1、 設(shè)計目的1) 鞏固和深刻理解“計算機(jī)組成原理”課程所講解的原理，加深對計算機(jī)各模塊協(xié)同工作的認(rèn)識2) 掌握微程序設(shè)計的思想和具體流程、操作方法。3) 培養(yǎng)學(xué)生獨立工作和創(chuàng)新思維的能力，取得設(shè)計與調(diào)試的實踐經(jīng)驗。4) 嘗試?yán)镁幊虒崿F(xiàn)微程序指令的識別和解釋的工作流程2、 設(shè)計內(nèi)容按照要求設(shè)計一指令系統(tǒng)，該指令系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行加、減運算和無條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。

2、3、 設(shè)計要求1) 仔細(xì)復(fù)習(xí)所學(xué)過的理論知識，掌握微程序設(shè)計的思想，并根據(jù)掌握的理論寫出要設(shè)計的指令系統(tǒng)的微程序流程。指令系統(tǒng)至少要包括六條指令，具有上述功能和尋址方式。2) 根據(jù)微操作流程及給定的微指令格式寫出相應(yīng)的微程序3) 將所設(shè)計的微程序在虛擬環(huán)境中運行調(diào)試程序，并給出測試思路和具體程序段4) 嘗試用C或者Java語言實現(xiàn)所設(shè)計的指令系統(tǒng)的加載、識別和解釋功能。5) 撰寫課程設(shè)計報告。4、 設(shè)計方案1) 設(shè)計思路按照要求設(shè)計指令系統(tǒng)，該指令系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行加、減運算和無條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。從而可以想到

3、如下指令：24位控制位分別介紹如下：XRD：外部設(shè)備讀信號，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。EMWR:程序存儲器EM寫信號。EMRD:程序存儲器EM讀信號。PCOE:將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。EMEN:將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUSg通，由EMWR和EMRD*定是將DBUSR據(jù)寫到EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUSIREN:將程序存儲器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計數(shù)器uPCEINT:中斷返回時清除中斷響應(yīng)和中斷請求標(biāo)志，便于下次中斷。ELP:PC打入允許，與指令寄存器的IR3、IR2位結(jié)合，控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN:將數(shù)據(jù)總線DBUS

4、數(shù)據(jù)打入地址寄存器MARMAROE:將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上。OUTEN:將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUTSTEN:將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。RRD:讀寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。RWR:寫寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。CN:決定運算器是否帶進(jìn)位移位，CN=1帶進(jìn)位，CN=0不帶進(jìn)位。FEN:將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器。X2:X1:X0:X2、XI、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。具體如下：X2X1X0輸出寄存器000IN_OE外部輸入門001IA_OE

5、中斷向量010ST_OE堆棧寄存器011PC_OEPC寄存器100D_OE直通門101R_OE右移門110L_OE左移門111沒有輸出WEN將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工彳寄存器W中。AEN:將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。S2:S1:S0：S2、S1、S0三位組合決定ALU做何種運算具體如下:S2S1S0功能000A+W加001A-W減010A|W或011A&W與100A+W+C帶進(jìn)位加101A-W-C帶進(jìn)位減110AA取反111A輸出A模型機(jī)的尋址方式分五種：累加器尋址：操作數(shù)為累加器A,例如“CPLA”是將累加器A值取反，還有些指令是隱含尋址累加器A,例如“OUT是將累加器A的值輸出

6、到輸出端口寄存器OUT寄存器尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在R0-R3的寄存器中，例如“ADDA,R0指令是將寄存器R0的值加上累加器A的值，再存入累加器A中。寄存器間接尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EMfr,數(shù)據(jù)的地址在寄存器R0-R3中，例如“MOVAR1指令是將寄存器R1的值做為地址，把存儲器EM中該地址的內(nèi)容送入累加器A中。存儲器直接尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EM中，數(shù)據(jù)的地址為指令的操作數(shù)。例如“ANDA,40H指令是將存儲器EM中40H單元的數(shù)據(jù)與累加器A的值做邏輯與運算，結(jié)果存入累加器A立即數(shù)尋址：參與運算的數(shù)據(jù)為指令的操作數(shù)。例如“SUBA,#10H是從累加器A中減去立即數(shù)10H,結(jié)果存

7、入累加器Ao2）程序清單MOVA,#01H立即數(shù)尋址，傳送指令，將01h傳送給累加器aLOOP:MOVR0,#01H立即數(shù)尋址，將01h傳送給r0ADDA,R0寄存器尋址，加法操作，將r0的值與a相加，結(jié)果存入a中SUBA,R0寄存器間接尋址，減法將R0的值當(dāng)作是內(nèi)存地址，再將此地址的值與A相減，最后放入A。ADDA,01H存儲器直接尋址，尋找出01地址中的值，用A和此地址的值相加，最后放入ACPLA累加器尋址，將a的值取反OUTJMPLOOP無條件跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到LOOP3）指令流程圖MOVA,#01HMOVR0,#01HADDA,R0SUBA,R0ADD,02HEMIR、uPCCPLAOUTJ

8、MPLOOP五、調(diào)試過程1）指令系統(tǒng)設(shè)計本指令系統(tǒng)涉及8條指令，分別完成數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行加、減和無條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。具體指令設(shè)計如下：指令累纜|聞徽程序跟蹤1助記符機(jī)招剛|機(jī)器碼2機(jī)器碼口注釋_FATC?LOOOOOOixj:00-03賣鞋機(jī)占用，不1MOVkXOOOIxk04-orrIIMOVM*ir08-OBITM)D%R?0000lixKoc-OFSUBA.0E?OOOlQOxx.10二13CFLAOOOlOlxK14-17uroooiioK3C18-IEJWPMM0001UxxIC-IfMMADD段MHoioa

9、oxx20-23MHOQlOOlxx24-2T未使用2）微程序設(shè)計將窗口切換到“uM微程序”窗口，設(shè)計每條指令的微程序。每個程序開始要執(zhí)行的第一條微指令應(yīng)是取指操作，因為程序復(fù)位后，PC和uPC的值都為0,所以微程序的0地址處就是程序執(zhí)行的第一條取指的微指令。取指操作要做的工作是從程序存儲器EM中讀出下條將要執(zhí)行的指令，并將指令的機(jī)器碼存入指令寄存器IR和微程序計數(shù)器uPC中,讀出下條操作的微指令。取指設(shè)計如下（CBFFFF）:MOV A #01H這條指令是把立即數(shù)1從存儲器EM中取出，放入累加器 A中。微程序設(shè)計如下（C7FFF7）:MOVR0,#01H這條指令是把立即數(shù)1從存儲器EM中取出

10、，放入寄存器R0中。微程序設(shè)計如下（C7FBFF）；皿&喑H即地段即助川現(xiàn)而白邛筑刖皿I訥&邙，山然XI他H5注為I網(wǎng)ADDA,R0這條指令是奇存器尋址，將R0的值取出放入W中與A相加,再將結(jié)果放入A。它由三個指令周期。微程序設(shè)計如下：第一步，把R0的值放入累加器W中FJTriSWCThi*WJTSTHURlTflfHMJCHFli門II工程r.$2對t華PHI隼八世，口-中珈PPPpppppPl7f?第二步，從D中讀出A的值并與Wt目加，結(jié)果放到A中mtWJMHDJOE5EN回口昨可/解心膻3日口叮即總汕通附息aFXH踩燈皿/口里靠器和ppppiOppppppppprplrrprrrrSUB

11、A,R0這條指令是寄存器間接尋址，將以R0為地址的數(shù)值取出放入W中與A相減，再將結(jié)果放入A。它由四個指令周期。微程序設(shè)計如下：第一步，把R0的值放入地址寄存器MA對TOEMW)FOXIRIfBISTEJ辦JOCOR3m皿ML6Ef注工L加力要毋能51強FFFFPPFFrpppppppFPPFPFFgP第二步從MA對讀出以R0為地址的值放入累加器W中皿即嗯E)mm皿加3rHnpc?rrab到加wh門so0171rBiF?fkPrf7l7l7f7ppPFirPPPP第三步將A的值與W直相減n&DMEfgEMBinnm對TE3RFUSDKBCJ?昭FPFFRFI7FppppppppCPLA將A的值取

12、反在存入A中.-.I-in.iv-jL；(.CIEHJ_2O.口N皿HrHUCL.11；-TKELUiyyCH，陽FPPFPFPPFPPPFirrOUT將累加器的值送到輸出端并輸出:如即evHBmnnueeh湖etbftexf吊皿hPLiczdlteh$tehmmmi：he瞿口wmazmsz川加GI73序用萬向NP小廠斤FgpJMPLOOP1UKDE中小/曲tWt髓EH：3EI才EL/N制出苴匹江心也的MJl”EmJU1.1Irni*:fi此MS狙閨i(7Iyrrrii7rpfppppfpffiypppp六、心得體會這次微程序程序設(shè)計主要是要求我們設(shè)計一個指令系統(tǒng)，其中包含加，減，數(shù)據(jù)傳送和無條件轉(zhuǎn)移指令操作，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。在通過設(shè)計的過程中，大概理解了各種指令操作和尋址方式。學(xué)會了能靈活