计算机组成原理课程设计报告

1、微程序控制设计 第 10 / 11页计算机组成原理课程设计 题 目：微程序控制器的设计专 业：计算机科学与技术 班 级： 08 级 3 班 组 员：覃丕才 40809010308 刘 洋 40809010314 张 威 408090103112011年7月14日微程序控制设计一、 课程设计目的根据现有模型cpu结构，在cpu结构下实现微程序控制器的设计，按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算，读出，写入和无条件转移。二、 课程设计题目描述和要求题目：实现微程序控制器的设计要求：u 根据cpu的结构图写出给定的每条指令（可以增加新的指令，不限制）的操作流程图，并分解成微

2、操作序列；u 对微命令进行合理的编码；u 选择合适的控制时序；u 采用计数器法或下地址法安排微指令在cm中的微地址；u 在此基础上实现微程序控制器的设计，画出微程序控制器组成框图。三、 课程设计内容1、设计思想 微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解题程序方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。当机器运行时，一条又一条的读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应的部件执行所规定的操作。2、设计步骤1）根据cpu结构图写出每条指令的操作流程图并分解成微操作序列pc-arm-drdr-irpc+1i=1?0acir(ar)dbusdbusarcla ad

3、d stas2s1s0=000 001 010sub sbb lda jmp 011 100 101 110ir(ar)dbusdbusarir(ar)dbusdbusarir(ar)dbusdbusarir(ar)dbusdbusarir(ar)dbusi=1?i=1?i=1?i=1?i=1?marmarmarmarmardbus-armdbusmdr(ac)+(dr)acacdrdrmmdrdracdbuspcarpcarr,dbusdrdrir+1微控制信号y(ir12)=1nyyyynynnnnmdr(ac)-(dr)acmdr(ac)-(dr)ac图2-1操作流程图2）对微命令进行编

4、码 3-8译码 2-4译码* * * * * * 000：不操作 00：不操作 0：不操作 0：不操作 0：不操作 0：不操作001：drir 01:dbusar 1:pcar 1:irdbus 1:acdr 1:+1010：drac 10:dbusdr 100:drdbus* * * * *0：不操作 0：不操作 0：mreq=0 0：r/w=0 0：微命令1：c 1：+ 1：mreq=1 1：r/w=1 1：转移微指令3）选择合适的控制时序选同步控制方式，采用二相控制时序如下：t1t24）为微命令安排微地址下址字段法安排地址比计数器法方便，不需转移微指令，但在每一条微指令中加一下址字段和控

5、制转移字段，有两种转移情况，用p1和p2来控制，微指令格式为：下址字段（a4a3a2a1a0）转移控制（p1p2）微命令字段转移地址修改方案为：u ar4 u ar3 u ar2 u ar1 u ar0s2 s1 s0 ir12 p1=1 p2=1地址转移逻辑表达式为：u ar4=s2p1t2 u ar3=s1p1t2u ar2=s0p1t2 u ar1=ir12p2t2地址安排如下图所示：pc-arr,+100000 00 cir(ar)dbusdbusarcla add s2s1s0=000 001 sta sub sbb lda jmp 010 011 100 101 110当前微指令地

6、址000000000001dbus-drdrir100001000001下地址00010010010000110r,dbusar0000100r,dbusdr0000100dralu0000100001010010000011ir12=0ir(ar)dbusdbusar0101000r,dbusar0001000ardrw0000000ir12=1010010101001000ir12=0.5）画出微程序控制器组成框图op地址译码控制存储器微地址寄存器地址转移逻辑p字段控制字段状态条件微命令信号指令寄存器图微程序控制器组成框图 微程序控制器由控制存储器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址转移逻辑

7、几部分组成。微地址寄存器和微命令寄存器两者的总长度即为一条微指令的长度，二者合在一起称为微指令寄存器。 控制存储器（rom） rom中存放微程序，也就是全部的微指令。rom的容量取决于微指令的总数。假如控制器需要128条微指令，则微地址寄存器长度为7位。rom的字长取决于微指令长度。如果微指令为32位，则rom的字长就是32位。实际应用中rom可采用eprom或e2prom、earom，用户写入和修改微程序比较方便。微命令寄存器 微命令寄存器暂存由控制存储器中读出的当前微指令中控制字段与测试判别字段信息，可由8d寄存器组成。微地址寄存器 微地址寄存器暂存由控制存储器读出的当前微指令的下址字段信

8、息。它可由带rd、sd强置端的d触发器组成。其中时钟端和d端配合用做rom的读出打入，用sd进行下址修改。地址转移逻辑 微指令由rom读出后直接给出下一条微指令的地址，这个地址就放在微地址寄存器中。当微程序出现分支时通过地址转移逻辑去修改微地址寄存器内容，并按修改好的微地址读出下条微指令。地址转移逻辑是一个组合逻辑电路，其输入是当前微指令的判别测试字段pi、执行部件反馈的“状态条件”及时间因素t4。控制时序信号 上图中标明了一个基本机器周期中的控制时序信号。例如用上一周期的t4时间按微地址寄存器内容从rom中读一条微指令，经过一段时间后被读出，用当前周期的t1时间打入到微指令寄存器。t2、t3

9、时间用来控制执行部件进行操作。t4时间修改微地址寄存器内容并读出下一条微指令。微指令寄存器控制存储器cm地址译码微地址寄存器数据缓冲寄存器dr指令寄存器ir程序计数器pc地址寄存器ar主存储器地址译码.微命令+1op机器指令与微指令、主存储器与控制存储器的关系如上图所示3、确定连线图根据各部件的功能，确定好电路各个芯片的连接，如下：图 接线图各部件功能：指令寄存器（ir）：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一行指令时。先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后在传至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试p（1），通过节拍脉冲t4

10、的控制以便识别所要求的操作。指令译码器（id）：根据指令中的操作码译码强制微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。输入设备（input devtice）：是一种二进制代码开关，实现数据输入。输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出设备（output device）：是一种数码块，完成数据输出。输出时，匠输出数据送到数据总线上，当写信号（w/r）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数据块显示。4、微指令格式：微指令格式由三部分组成，既微指令字段定义，微命令形成逻辑和后继微地址产生逻辑。后继微地址产生逻辑：为简单起见只选三种后继微地址

11、生成方式即增量方式、无条件转移方式、按操作码转移方式。 当en=1时，微程序计数执行加1操作 当en=0且jp=1时，无条件转移 当en=0且qjp=1时，按操作码转移5、 微程序编写：（1）程序mov1 05#,r0mov2 01#,r1add r0,r1mov3 r1,(r0)（2）操作码二进制代码mov1:0001mov2:0010add:0011mov3:0100（3）微程序入口（16进制代码）取指令入口:00hmov1入口:10hmov2入口:20hadd入口:30hmov3入口:40h6、调试与运行对微程序控制器的方案设计好了以后，形成初步的设计文件，然后按照设计文件进行调试与运行

12、。在调试过程中，往往会发现设计中的问题，需要修改设计，在根据修改后的设计进行调试，直到完全成功为止。调试成功后，整理出最后的设计文件。7、结果验证此次测试验证的内容为feh验证程序的内存映象(装入起始地址00h)如下：地址(二进制)内容(二进制)助记符说 明0000 00000000 0000cla将0送入ac中0000 00010001 0000add oah0000 00100000 1010ro+0ahr00000 00110010 0000sta 0bh0000 01000000 1011r00bh0000 01010011 0000sub 0bh0000 01100000 1011r0-0bhr00000 01110100 0000jmp 010000 10000000 000101hpc0000 10010000 0010lda(d)ac表 验证程序内存映象 input device中输入为00000001时，在地址00001011单元上显示内容00000002，并显示02。单步运行是满足微程序流程图的运行顺序。四、 总结通过对这次试验的了解和翻阅各种资料,我们对计算机可以有一个整体的概念,完成对计算机组成原理这门课程的综合应用,达到学习书本的作用.在这次试验中，我们对数据选择器、移位器、加法器、运算器、存储器和微程序控制器，有了比较透彻的认识和了解。从这次课程设计