简单模型机的微程序设计《计算机组成原理课程设计》实验报告大学论文.docx

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1、简单模型机的微程序设计计算机组成原理课程设计实验报告大学论文 课程设计报告 课程设计名称：简单模型机的微程序设计学院：信息工程学院 学生姓名： 班级： 学号： 成绩： 指导教师： 开课时间：学年第学期 一设计题目 计算机组成原理课程设计简单模型机的微程序设计 二主要内容 通过课程设计更清楚地理解下列基本概念： 1.计算机的硬件基本组成； 2.计算机中机器指令的设计 3.计算机中机器指令的执行过程； 4.微程序控制器的工作原理。 5.微指令的格式设计原则； 在此基础上设计可以运行一些基本机器指令的微程序的设计 三具体要求 置数指令 IN 置数开关SW（KD0KD7）的状态R0 加法指令 ADD

2、R0,，(addr)：(R0)+(addr)（R0） 存数指令 STA R0，（addr）：(R0)（addr） 输出指令 OUT （addr）：(addr)输出设备LED 跳转指令 JMP （addr）：addrPC 数据传送指令MOV RD，RS：(RS)(RD) 与指令AND RD，RS：(RS)与(RD)(RD) 或指令OR RD，(addr)：(RD)或(addr)(RD) 求反指令 NOT RD：/(RD) （RD） 异或指令XOR RD，RS：(RS)异或(RD)(RD) 四进度安排 共1.5周11天的时间，具体安排如下： 12天：对整个课程设计的内容做详细的讲解，并辅导学生完成

3、课程设计指导书的学习，使其掌握和理解课程设计的核心内容； 3 5天：学生在机房学习熟悉课程设计所使用的仿真软件，并深入了解该仿真软件所实现的模型机的指令系统（原有的5条指令）和微程序设计方法； 69天：在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令； 1011天：根据自己设计的微程序系统写出相应的课程设计实验报告； 五成绩评定 六正文 一、模型机的CPU及系统硬件 基本模型机的CPU及系统硬件组成如图1所示 图1 模型机的CPU及系统硬件组成 各部件的功能及控制信号如下： 运算器由算逻部件ALU（8位）、暂存器DR

4、1、DR2及通用寄存器等组成。ALU的功能控制信号为 S3、S2、S1、S0、M、CN，可以实现48种算术和逻辑运算功能，如图2所示。 图1 模型机的CPU及系统硬件组成 各部件的功能及控制信号如下： 运算器由算逻部件ALU（8位）、暂存器DR1、DR2及通用寄存器等组成。ALU 的功能控制信号为S3、S2、S1、S0、M、CN，可以实现48种算术和逻辑运算功能，如图2所示。 运算器为单总线结构，其输入端分别连接到暂存器DR1和DR2，其装入数据的微命令分别为LDDR1和LDDR2，当它们为1电平时由节拍脉冲T4将数据总线上的数据装入相应的暂存器。R0、R1、R2为通用寄存器。R0的装入数据的

5、微命令为LDR0，R1的装入数据的微命令为LDR1，R2的装入数据的微命令为LDR2。299为实现移位运算的装置，当299B微命令有效时，其数据端和数据总线连接。控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。 程序计数器PC的功能是存放下一条指令的地址，其输出是向地址寄存器提供要将执行的指令在存储器中的地址。在提供地址后立即加1，指向指令的下一个字节或下一条指令的地址。其控制微命令有三个。当LOAD=0而LDPC=1时，由T4的正跳变将数据总线上的数据装入PC；当当LOAD=1而LDPC=1时PC的内容加1；当PCB=1时，PC中的地址信息送

6、到数据总线上。 指令寄存器IR用于存放当前执行的指令。当微命令LDIR=1时，由节拍脉冲T3将数据总线上的数据装入。 地址寄存器AR存放要从存储器中读出的数据或指令的地址或要向存储器写入数据或指令的地址。 当微命令LDAR=1时，由节拍脉冲T3将数据总线上的数据装入。 存储器RAM用于存放程序和数据。当片选信号CE=0时，如果W/R为0，则根据AR 中的地址，从存储器读出数据并送到数据总线上；如果W/R为1，则根据AR中的地址，向存储器中写入数据总线上的数据。片选信号 CE是由微指令中的有关字段（B1B0）译码产生的。 模型机有两个外部设备：输入设备是置数开关SW，用于设置数据或地址，当微命令

7、SWB=0时，设置的数据送到数据总线上；SWB也是由微指令中的有关字段（B1B0）译码产生的。输出设备是两位LED数码管，当微命令LEDB=1时，数据总线上的数据送到数码管显示。 二、基本模型机的指令设计 根据基本模型机的硬件设计五条机器指令：外设输入指令IN、二进制加法指令ADD、存数指令STA、输出到外设指令OUT，无条件转移指令JMP。指令格式如下：助记符机器指令码说明 IN 0000 0000 ；置数开关SW（KD0KD7）的状态R0 ADD addr 0001 0000 ；(R0)+(addr)（R0） STA addr 0010 0000 ；(R0)（addr） OUT addr

8、0011 0000 ；(addr)输出设备LED J MP addr 0100 0000 ；addrPC IN为单字节指令，其余均为双字节指令，为要读写的主存储器单元的二进制地址码。 三、指令微流程分析 这十条指令的微流程图如图所示 四编写微程序 00:000001011000000000000000 01:000001011110110110000010 02:000001001100000001010000 03:000001001110000000000100 04:000001001011000000000101 05:000001011010001000000110 06:10010

9、1011001101000000001 07:000001001110000000001000 08:000001101000001000000001 09:000001001110000000001010 0A:000001001010000000001011 0B:000001110000101000000001 0C:000001001101000000000001 0D:000001111001101000000001 0E:000001011011001000001111 0F:101111011001101000000001 10:000001000001000000000001

10、11:000001011110110110000011 12:000001011110110110000111 13:000001011110110110001001 14:000001011110110110001100 15:000001011010001000001101 16:000001011010001000001110 17:000001011110110110011010 18:000001011010010000011110 19:000001011010001000011111 1A:000001001110000000011011 1B:00000100101100000

11、0011100 1C:000001011010010000011101 1D:000101011001101000000001 1E:000011111001101000000001 1F:000001011011001000100000 20:011011011001101000000001 此后就可以手动地用开关将微程序输入机器的控存。然后将控存的启动地址置为0，运行微程序，将要执行的测试程序存入主存，也可从主存中读出指令，检查输入的指令是否正确。 下面是利用该软件设计的微程序编码及各条微指令的功能分析。注意第一条微指令的微地址为01H，其它各条微指令的微地址都由上一行文字最后的数字（16

12、进制）指定。 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令000001001100000001010000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：10 微指令000001000001000000000001 执行的操作是：输入开关SWB有效,LDR0,转微地址：01 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令00000100110000

13、0001010000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：11 微指令000001011110110110000011 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：03 微指令000001001110000000000100 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：04 微指令000001001011000000000101 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDDR2,转微地址：05 微指令000001011010001000000110 执行的操作是：R0B,LDDR

14、1,转微地址：06 微指令100101011001101000000001 执行的操作是：算术:A加B,ALUB,LDR0,转微地址：01 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令000001001100000001010000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：12 微指令000001011110110110000111 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：07 微指令000001001

15、110000000001000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：08 微指令000001101000001000000001 执行的操作是：存储器CE有效,写存储器,R0B,转微地址：01 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令000001001100000001010000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：13 微指令000001011110110110001001 执行的操作是：PCB,L

16、DAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：09 微指令000001001110000000001010 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：0A 微指令000001001010000000001011 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDDR1,转微地址：0B 执行的操作是：算术:A,数码管LEDB有效,写LED,ALUB,转微地址：01 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令000001001100000001010000 执行的操作是：存储器CE有效,

17、存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：15 微指令000001011010001000001101 执行的操作是：R0B,LDDR1,转微地址：0D 微指令000001111001101000000001 执行的操作是：算术:A,ALUB,LDR1,转微地址：01 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令000001001100000001010000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：

18、16 微指令000001011010001000001110 执行的操作是：R0B,LDDR1,转微地址：0E 微指令000001011011001000001111 执行的操作是：R0B,LDDR2,转微地址：0F 微指令101111011001101000000001 执行的操作是：逻辑:AB,ALUB,LDR1,转微地址：01 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令000001001100000001010000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30

19、)或(IR7IR4),转微地址：17 微指令000001011110110110011010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：1A 微指令000001001110000000011011 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：1B 微指令000001001011000000011100 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDDR2,转微地址：1C 微指令000001011010010000011101 执行的操作是：R2B,LDDR1,转微地址：1D 微指令000101011001101000000001 执行的操作是：算术:

20、A+B,ALUB,LDR2,转微地址：01 微指令000001011110110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 微指令000001001100000001010000 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：18 微指令000001011010010000011110 执行的操作是：R1B,LDDR1,转微地址：1E 微指令000011111001101000000001 执行的操作是：逻辑:/A,ALUB,LDR1,转微地址：01 微指令000001011110

21、110110000010 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：19 微指令000001011010001000011111 执行的操作是：R0B,LDDR1,转微地址：1F 微指令000001011011001000100000 执行的操作是：R0B,LDDR2,转微地址：20 微指令011011011001101000000001 执行的操作是：逻辑:A异或B,ALUB,LDR2,转微地址：01 微指令0000010111101101100000

22、10 执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02 五测试程序 00H:00000000 ；IN R0:（SW）（R0） 01H:00010000 ；ADD R0,0F:（R0）+（0F）（R0） 02H:00001111 03H:00100000 ；STA 10,R0:（R0）（10） 04H:00010000 05H:00110000 ；OUT 10:（10）（LED） 06H:00010000 07H:01010001 ；MOV R1，R0：(R0)(R1) 08H:01100001 ；AND R1，R0：(R0)AND(R1)(R1) 09H:01110010 ；OR R0，10：(R0)OR(10)(R0) 0AH:00010000 0BH:10000101 ；NOT R1: /(R1)(R1) 0CH:10010010 ；XOR R1,R0:(R0)XOR(R1)(R1) 0DH:01000000 ；JMP 00: 00（PC） 0EH:00000000 0FH:00000010 10H:00000011