計(jì)算機(jī)組成原理 課程設(shè)計(jì) 微程序的分析與設(shè)計(jì) 宿遷學(xué)院 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 201003111XX 系 別： 三系 班 級(jí)： 專(zhuān) 業(yè)： 軟件工程 指導(dǎo)教師： 卞 利 一. 課程設(shè)計(jì)的目的計(jì)算機(jī)的硬件基本組成計(jì)算機(jī)中機(jī)器指令的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)中機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程微程序控制器的工作原理微指令的格式設(shè)計(jì)原則在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)可以運(yùn)行一些基本機(jī)器指令的微程序的設(shè)計(jì)二. 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求題目： = 1 * GB3 數(shù)據(jù)傳送指令MOV RD，RS：(RS)(RD) = 2 * GB3 減法指令SUB RD，RS：(RS)減(RD)(RD) = 3 * GB3 或指令OR RD，(addr)：(RD)或(addr)(RD)

2、 = 4 * GB3 異或指令XOR RD，(addr)：(addr)異或(RD)(RD) = 5 * GB3 與指令A(yù)ND RD，RS：(RS)與(RD)(RD） 通過(guò)使用作者開(kāi)發(fā)的微程序分析和設(shè)計(jì)仿真軟件，熟悉介紹的為基本模型機(jī)而設(shè)計(jì)的微程序的執(zhí)行過(guò)程。必須充分理解并正確解釋下些問(wèn)題： (1) 微程序中的微指令的各個(gè)字段的作用。哪些字段是不譯碼的，哪些字段是直接譯碼的，哪些字段又可以看成是字段間接編碼的。 答：不譯碼：S3-B0，直接譯碼：C字段 ，間接譯碼：A,B字段，當(dāng)C字段進(jìn)行P（1）或LDPC時(shí)ua6-ua1也是間接。 (2)微程序中的微指令是否是順序執(zhí)行的，如果不是，那么次地址是

3、如何產(chǎn)生的。什么情況下，次地址字段才是將要執(zhí)行的微指令的地址。 答：微程序中的微指令不是順序執(zhí)行的，如果遇到P（1）P（4）測(cè)試時(shí)，則根據(jù)機(jī)械指令，uA5uA其他有關(guān)部件的內(nèi)容，產(chǎn)生下一條微指令在空存中的微地址，是微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行等。例如遇到P（1）測(cè)試，則下一條微指令在空存中的微地址的41位是用次地址字段NA（41位）或指令寄存器IR（85位）所產(chǎn)生，下一條微指令的微地址仍為 NA字段的65位。如果沒(méi)有遇到P（1）P（4）測(cè)試的話，那么次地址即為該微指令地址字段所指向的微地址。 (3)在微程序中如何根據(jù)機(jī)器指令中的相關(guān)位實(shí)現(xiàn)分支，據(jù)此，在設(shè)計(jì)機(jī)

4、器指令時(shí)應(yīng)如何避免和解決與其它指令的微指令的微地址沖突。 答：微程序中是根據(jù)測(cè)試程序的機(jī)器指令中的85位和微程序中后六位進(jìn)行“或”運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)分支的。避免和解決與其它指令的微指令的微地址沖突的方法就是不用已經(jīng)被其它微指令用過(guò)的微地址。 (4)哪些微指令是執(zhí)行所有指令都要用到的。 (5)解釋一條機(jī)器指令的微程序的各條微指令的微地址是否連續(xù)？這些微指令的微地址的安排的嚴(yán)重原則是什么？ 答：不連續(xù)。嚴(yán)重原則是將各條機(jī)器指令的入口微地址置于地址連續(xù)的地址單 元中，避免其它微指令亂用這一段地址。 (6)為什么讀寫(xiě)一次內(nèi)存總要用兩條微指令完成？ 答：因?yàn)?W/R 只有兩種狀態(tài)，即要么是讀，要么是寫(xiě)，所以，要

5、完成一次讀寫(xiě) 總要用兩條微指令完成。 (7)機(jī)器程序中用到的寄存器是R0，是由機(jī)器指令中哪些位決定的？如果要用R1或R2，是否要改寫(xiě)微程序或改寫(xiě)機(jī)器指令？如果要，應(yīng)如何改寫(xiě)？ 答：是由機(jī)器指令中的21位決定。如果要用到R1或R2，那么不需要改寫(xiě)微程序，但得改寫(xiě)機(jī)器指令的低兩位，即21位，若要用到R1，則將其改為01，若要用R2，則將其改為10。三、指令微流程分析1、基本模型機(jī)的指令設(shè)計(jì)根據(jù)基本模型機(jī)的硬件設(shè)計(jì)五條機(jī)器指令：外設(shè)輸入指令I(lǐng)N、二進(jìn)制加法指令A(yù)DD、存數(shù)指令STA、輸出到外設(shè)指令OUT、無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令JMP、數(shù)據(jù)傳送指令MOV、減法指令SUB、或指令OR、異或指令XOR、與指令A(yù)N

6、D。用數(shù)據(jù)流表示的微程序流程圖 00PC ARPC+1 01RAM BUSBUS IRP(1)測(cè)試ANDXORORSUBMOVJMPOUTSTAADDIN17181916151413121110RSDR1PCARPC+1RSDR1PCARPC+1RSRDPCARPC+1PCARPC+1PCARPC+1SWR0PCARPC+1 20 1C 0E0C020806RAMBUSBUSARRDDR2RAMBUSBUSARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSAR000BRDDR2RAMBUSBUSPCC00 0D(DR1-DR2)RD09 21RAMBUSBUSDR1R0BUSB

7、USRAM0703 1D 0FRAMBUSBUSDR2(DR1與DR2) RDRAMBUSBUSDR2RAMBUSBUSDR2000A0004R0 DR1 1A00DR1LED 1E00RSDR1RDDR105(DR1+DR2)R0 1F 1B(DR1異或DR2) RD(DR1或DR2) RD00000000 該圖是運(yùn)行微程序的數(shù)據(jù)流圖，實(shí)際上并沒(méi)有分解到微命令一級(jí)。為了設(shè)計(jì)微程序，還應(yīng)該根據(jù)此圖進(jìn)一步細(xì)化到微命令（微操作）一級(jí)。例如PCAR，實(shí)際上應(yīng)該同時(shí)發(fā)出PCB、LDAR兩個(gè)微命令；PC+1應(yīng)該發(fā)出LDPC微命令；SWR0應(yīng)該發(fā)出SWB、LDRi（與指令碼中的相應(yīng)位共同譯碼產(chǎn)生LDR0微

8、命令）兩個(gè)微命令；RAMBUS應(yīng)該發(fā)出CE有效和讀存儲(chǔ)器兩個(gè)微命令；BUSRAM應(yīng)該發(fā)出CE有效和寫(xiě)存儲(chǔ)器兩個(gè)微命令；R0是指R0B微命令有效等等。據(jù)此可將該圖改畫(huà)成下圖： 用為命令表示的執(zhí)行五條基本指令的微程序流程圖 00PCBLDARLDPC01CE有效W/R=0LDIRP(1)測(cè)試ANDXORORSUBMOVJMPOUTSTAADDIN18191716151413121110PCBLDARLDPCRSBLDDR1PCBLDARLDPCRSBLDDR1RSBLDRiPCBLDARLDPCPCBLDARLDPCPCBLDARLDPCSWB有效LDRiPCBLDARLDPC201C0E0C08

9、0602RDBLDDR2CE有效W/R=0LDARCE有效W/R=0LDAR000BCE有效W/R=0LDARRDBLDDR2CE有效W/R=0LDARCE有效W/R=0LDAR00CE有效W/R=0LOAD0D211D0F090703ALU做減法LDRiALUBALUBCE有效W/R=0LDDR2CE有效W/R=0LDDR2CE有效W/R=0LDDR2ALU做“與”LDRiALUBCE有效W/R=0LDDR1R0BCE有效W/R=1000A041E1AR0B有效LDDR100RSB有效LDDR1RDB有效LDDR100ALUBLEDBALU=AW/R=100051F1BALU做加法LDRiA

10、LUBALU做“異或”LDRiALUBALU做“或”LDRiALUB00000000 該圖中每個(gè)框上的數(shù)字表示該條微指令在控存中的地址（與指令格式有關(guān)，也與設(shè)計(jì)者的意愿有關(guān)）。如何在一條微指令中實(shí)現(xiàn)一個(gè)框中的微操作與微指令的格式密切相關(guān)。四、基本模型機(jī)的微指令格式 本模型機(jī)的微指令長(zhǎng)共24位，基本采用水平型微指令字段直接編碼方式，其控制位順序如下：五、編寫(xiě)微程序編寫(xiě)的機(jī)器指令代碼如下:00H:00000000;置數(shù)開(kāi)關(guān)SW（KD0KD7）的狀態(tài)R001H:00010000;ADD:(R0)+(10)（R0）02H:0001000003H:00100000;STA:(R0)（14）04H:000

11、1010005H:00110000;OUT:(11)輸出設(shè)備LED06H:0001000107H:01010001;MOV:(R0)(R1)08H:01100001;SUB:(R0)-(R1)(R1)09H:01110000;OR:(R0)或(12)(R0) 0AH:000100100BH:10000000;XOR:(R0)異或(13)(R0) 0CH:000100110DH:10010001;AND:(R0)與(R1)(R1)0EH:01000000;JMP:00PC0FH:00000000 10H:1100101011H:0010001112H:0011001113H:00010001微指

12、令代碼如下:00001110A0C0F1A1C1F執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：10執(zhí)行的操作是：輸入開(kāi)關(guān)SWB有效,LDR0,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDAR,轉(zhuǎn)微地址：03執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDDR2,轉(zhuǎn)微地址：04執(zhí)行的操作是：R0B,LDDR1,轉(zhuǎn)微地址：05執(zhí)行的操作是：算術(shù):A加B,ALUB,LDR0,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微

13、地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：11執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：02執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDAR,轉(zhuǎn)微地址：03執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDDR2,轉(zhuǎn)微地址：04執(zhí)行的操作是：R0B,LDDR1,轉(zhuǎn)微地址：05執(zhí)行的操作是：算術(shù):A加B,ALUB,LDR0,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7I

14、R4),轉(zhuǎn)微地址：12執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：06執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDAR,轉(zhuǎn)微地址：07執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,寫(xiě)存儲(chǔ)器,R0B,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：13執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：08執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDAR,轉(zhuǎn)微地址：09執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDDR1

15、,轉(zhuǎn)微地址：0A執(zhí)行的操作是：算術(shù):A,數(shù)碼管LEDB有效,寫(xiě)LED,ALUB,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：15執(zhí)行的操作是：R0B,LDR1,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：16執(zhí)行的操作是：R0B,LDDR1,轉(zhuǎn)微地址：0C執(zhí)行的操作是：R1B,LDDR2,轉(zhuǎn)微地

16、址：0D執(zhí)行的操作是：算術(shù):A減B,ALUB,LDR1,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：17執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：0E執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDAR,轉(zhuǎn)微地址：0F執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDDR2,轉(zhuǎn)微地址：1A執(zhí)行的操作是：R0B,LDDR1,轉(zhuǎn)微地址：1B執(zhí)行的操作是：邏輯:A+B,ALUB,LDR0,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDA

17、R,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：18執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：1C執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDAR,轉(zhuǎn)微地址：1D執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDDR2,轉(zhuǎn)微地址：1E執(zhí)行的操作是：R0B,LDDR1,轉(zhuǎn)微地址：1F執(zhí)行的操作是：邏輯:A異或B,ALUB,LDR0,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR

18、,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：19執(zhí)行的操作是：R0B,LDDR1,轉(zhuǎn)微地址：20執(zhí)行的操作是：R1B,LDDR2,轉(zhuǎn)微地址：21執(zhí)行的操作是：邏輯:AB,ALUB,LDR1,轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,LDIR,P(1)測(cè)試:NA(30)或(IR7IR4),轉(zhuǎn)微地址：14執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：0B執(zhí)行的操作是：存儲(chǔ)器CE有效,存儲(chǔ)器讀,PCLOAD,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：00執(zhí)行的操作是：PCB,LDAR,允許PC加1(LDPC=1),轉(zhuǎn)微地址：01六、總結(jié) 在這次的課程中我感覺(jué)收獲很多。在第一天我先熟悉了仿真軟件的使用和實(shí)驗(yàn)第一部分的流程圖的思考。剛開(kāi)始接觸指令的格式設(shè)計(jì)覺(jué)得很棘手，仔細(xì)看了課程