基于微程序控制器的模型计算机设计(共10页).doc

《基于微程序控制器的模型计算机设计(共10页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于微程序控制器的模型计算机设计(共10页).doc（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上基于微程序控制器的模型计算机设计目录专心-专注-专业1.课程设计的目的：1）、融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，从而清晰地建立计算机的整机概念。2）、学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计的实践和经验。2.课程设计要求：根据给定的数据格式和指令系统，一台微程序控制的8 位模型计算机，并运行能完成一定功能的机器语言程序进行验证。课程设计完成的内容1) 系统的总体设计，画出模型机数据通路框图；2) 微程序控制器的设计，包括设计所有机器指令的微程序流程图；设计微指令格式（建议

2、采用全水平型微指令），设计微程序代码表（根据微程序流程图和微指令格式来设计）；3) 根据设计的指令格式，将汇编语言源程序手工转换成机器语言源程序4) 画出模型机的原理图；5) 画出模型计算机指令执行波形图3.课程设计报告内容：1）、系统主要功能A、数据格式数据字规定采用定点整数补码表示法，字长8 位，其中最高位为符号位，其格式如下：76 5 4 3 2 1 0符号位尾 数B、指令格式本设计CPU 指令系统中使用5 条机器指令，其格式与功能说明如下：表1 模型机指令系统及指令编码形式助记符机器指令码Addr地址码功能说明IN20H“INPUT”中的数据R0 ADD addr40HXXHR0+ad

3、drR0STA addr60HXXHR0addrOUT addr80HXXHaddrBUSJMP addrA0HXXHaddrPCIN 指令为单字长（字长为8bits）指令，其功能是将数据开关的8 位数据输入到R0 寄存器。ADD 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0 寄存器的内容与内存中地址为A 的数相加，结果存放在R0 寄存器中。STA 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0 寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。OUT 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将内存中以第二个字为地

4、址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示之。JMP 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。2）、总体设计总体设计的主要任务是根据指令系统的要求，选定所用器件，设计总框图（数据通路）。总体设计的主要步骤如下：A、 对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量；B、 构成一个总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指令系统所要求的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求；C、 检查全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号；D、 检查所设计的数据

5、通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。方案确定后，检查所选用的各个器件是否满足数据通路的要求。数据通路的设计和器件的选择应同时进行，接入总线的器件都要有三态输出，以便与总线连接。本课题采用下图中所示的设计方案，本方案没有考虑乘法和除法指令操作，采用单总线结构，使用的许多器件都是三态输出。这种方案便于总线的连接和扩展，但缺点是指令和数据的传送都要经过总线，因此对总线的使用权就要分配得当。图1.系统总体框图（数据通路图）3）、微程序控制器数据通路图一旦确定，数据流的通路，运算器和控制器的结构也就确定了。图1中各功能器件上标注的控制信号，就是微程序控

6、制器设计的依据。A、 微指令格式微指令格式采用水平型微指令格式，微指令格式如下：31302928272625242322212019181716*S3 S2 S1 S0 M Cn LOAD WE LDR0LDDR1 1514131211109876453210LDDR2 LDIR LDAR ALU-B R0-B SW-B PC-B RAM-B LDPC P1 *UA4UA3 UA2 UA1 UA0 各字段说明如下：l uA4uA0：微程序控制器的微地址输出信号，是下一条要执行的微指令的地址。l S3、S2、S1、S0：由微程序控制器输出的ALU 操作选择信号，以控制执行16 种算术操作或16

7、中逻辑操作中的某一种操作。l M：微程序控制输出的ALU 操作方式选择信号。M=0 执行算术操作；M=1执行逻辑操作。l Cn：微程序控制器输出的进位标志信号，Cn=1 表示ALU 运算时最低位有进位；Cn=0 则表示无进位。l LOAD：PC 程序计数器初始值装载信号l WE：WE=0.存储器读；WE=1，存储器写。l LDR0：R0 通用寄存器装载信号l LDDR1：DR1 暂存器装载信号l LDDR2：DR2 暂存器装载信号l LDIR：IR 寄存器装载信号l LDPC：PC 程序计数器自动加一信号l LDAR：AR 寄存器装载信号l ALU-B：ALU 运算结果输出三态门控信号l R0

8、-B：R0 输出三态门控信号l SW-B：SW 输出三态门控信号l PC-B：PC 输出三态门控信号l RAM-B：RAM 输出三态门控信号l P1：微程序分支处的判别测试。P1=1，控制器对当前的机器指令进行翻译。l *：无定义，备用B、微程序控制器微指令长度为31 位，据此可以确定控制存储器的字长也应为31 位。微指令格式确定后，微程序的横向设计在于正确选择数据通路，纵向设计在于确定后继微指令地址。纵向设计的通常做法是先确定微程序分支处的微地址，因为微程序分支处需要进行判别测试，这些微地址确定后，就可以在“微地址表”中把相应的微地址单元填进去，以免后面的设计中重复使用，以致造成设计错误。当

9、拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段应指明P1 测试。“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，P1 测试的结果导致微程序出现多路分支。在本模型机中，只拟设计5 条机器指令，故用指令寄存器的前3 位（IR7-IR5）作为测试条件，微程序可以实现8 路转移，但我们只用到前5 路分支后的微地址分别定为00100B-10100B（即04H-14H）。C、微程序流程图：01 00 000000000015 12 11 1E 0D 0F 0B 0A 0914100C08 04 JMPOUTSTAADDIN运行微程序PCBUS BUS ARPC+1RAMBUSBUSIRP(1)PCARPC+1

10、RAMBUSBUSARROBUSBUSRAMPCARPC+1RAMBUSBUSARRAMBUSPCARPC+1RAMBUSBUSPCPCARPC+1RAMBUSBUSARRAMBUSBUSDR2R0DR1(DR0)+(DR1)R0SWR0图2.微程序流程图E、 微代码表设计如下：地址*S3S2S1S0CnLOADWELDR0LDDR1LDDR2LDIRLDARALU|BR0|BSW|BPC|BRAM|BLDPCP1*UA4UA3UA2UA1UA0000000228111110100004140111040002040011080000228911111090000210A11110A00008

11、10B111110B0001080F1111110F038190001111110C0000228D1111110D0000210E211110E0004080011100000229111111110000210E1111112000001001140000810F111111150008010011F、 微程序控制器的逻辑结构框图4.汇编语言测试程序根据指令系统编写汇编语言测试程序。IN；ADD 10H；STA 11H；OUT 11H；JMP 00H；5.机器语言测试程序根据设计的指令格式，将汇编语言测试程序手工转换成机器语言源程序，并将其写入到模型机中的RAM 中去。与上述汇编语言源程序

12、对应的机器语言源程序如下：助记符RAM地址机器代码功能说明IN0020SWR0ADD 10H0140R0+10HR00210STA 11H0360R011 H0411OUT 11H058011 HBUS0611JMP 00H07A0AddrPC0800数据段*1065H*11*6、详细设计原理图：各元件如下图所示，根据数据通路，画出模型计算机整体原理图。7、机器指令运行波形：9.设计总结及体会 虽然这只是一次的简单的课程设计，可是平心而论，也耗费了不少的心血，这就让我不得不佩服专门从事这方面的技术前辈，才意识到要想在此方面有所成就需要克服的困难太多了。要有足够的耐心和毅力，不怕失败，一次次的调试直到成功为止。遇到不懂得及时查资料，并记录。没有不能弄懂的事情，只有不想去弄懂的人，只要努力了就有收获。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！参 考 文 献 1 罗克露，单立平，刘辉，俸志刚计算机组成原理北京：电子工业出版社，2004。2 张兴忠，阎宏印，武淑红数字逻辑与数字系统北京：科学出版社，2004。3 杨春武，于艳丽，刘敬晗tec-ca学生实验指导书北京：清华大学科教仪器厂，2005。