计算机硬件课程设计报告--基于微程序的复杂模型机设计.doc

硬件课程设计报告 基于微程序的复杂模型机设计一、实验目的经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。二、实验内容搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。三、 设计思路1.确定设计目标：确定所设计计算机的功能和用途。2.确定指令系统：确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。3.确定总体结构与数据通路：总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。4.设计指令执行流程：数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。根据指令的复杂程度。每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。5.确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。6.根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。7.组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。四、指令系统列表指令系统应包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。一般指令格式： DATA/ADDROP-CODERSRD模型机的指令系统：指令名称操作码指令功能Mov10000寄存器之间的移动Add0001相加Store0010从寄存器放入内存Read0011从内存读入寄存器Jmp0100跳跃到某一步Rcl0101逻辑左移Xor0110做异或i/o读0111读取端口信息i/o写1000往端口写信息Mov21001将立即数放入寄存器四、 微操作流程图01PCAR PC+102RAMBUS BUSIRPOUTPINP(1)STOREJMPADDRAMBUSBUSPCPCARPC+1RAMBUSBUSARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSARPCARPC+1RAMBUSBUSARPCARPC+1PCARPC+1(DR1)+(DR2) R1R1DR2R0DR101RiPortPortRiRIRAM010101RCL01R0R1R1R1DR2R0DR101299R0(299)左移299RAMBUSBUSRiPCARPC+1XORMOV(2)MOV(1)LOAD0201P(1)RAMBUSBUSIRPCARPC+1PCARPC+1RS-BUSBus-RD01R2-LDDR2RAMBUSBUSARRAMRI0101六、实现程序$P0030$P0140$P0201$P0335$P0450$P0511$P0625$P0760$P0861$P0955$P0A90$P0B90$P0C80$P0D03$P0E70$P0F00$P1080$P1101$P1240$P1300七、微指令$M00018001$M0101ED82$M0200C050$M1301ED85$M0500E006$M06009001$M10019201$M1101A203$M0301B404$M04959A01$M1201ED87$M0700E008$M08028201$M1601A209$M0901B40A$M0A699A01$M1531820B$M0B11880C$M0C019801$M1401ED8D$M0D00D181$M1901ED8E$M0E009001$M1701ED8F$M0F00E020$M20011001$M1801EDA1$M2100E022$M22030201八、截图Read r0Mov r0，r1Read r1Add r0,r1Xor r0,r1Rcl r1Mov 90h,r0Out r003HIn r000hOut r001hJmp 00h九、心得体会硬件课程设计，从开始做的时候一片迷茫，到通过请教同学和查询书本而一点点的变清晰，再到最后自己做出来感觉很有成就感。这个复杂机的构建必去年做的简单模型机要难得多了。别的不说单单是连线就花了我们很长的时间，更加打击人的是连完线才发现自己的机器是坏的。到了指令设计时从原来老师给出的5条确定的指令到自己设计完成的10多条指令。这个也是一个很大的挑战。在完成指令系统时，普通的add mov之类的还是简单的，但是到了rol这条指令时就不行了，因为我们从来没用过299.后来请教同学后才搞清楚的。最难的是做i/o读写这两条指令。这个以前真的是从来没有用过，起先也没同学知道。所以我们只好先查书，中午回去的时候再上网查询后才知道怎么做的。总的来说这次课设锻炼了我的动手能力，让自己得到了很大的锻炼。但程序运行没问题时真是很兴奋啊。 本次实验有上学期实验的经历作为基础，我们大概了解目标是什么，最终的程序和演示方法是什么，不算完全不懂。虽然经过一个学期一开始对器件有点不太熟悉，都不知道每个功能部件干什么，但是经过一段时间熟悉，加上我们原来上学期做实验时的印象，后来我们就能大概着手去做。开始我们以为我们能够做得相对顺利，但是开始时候还是概念不清，完全不懂机械码和微程序对应关系，不知道操作码加10即是微程序入口，以为都是随便的。后来感觉这样机器码的程序和微程序毫无对应关系，像是可有可无，才觉得不对劲。不断看ppt和实验指导之后才懂得是自己理解完全偏差。这个理解的失误浪费我大半个下午，所以记忆犹新。后来觉得操作码，写对应微程序什么就相对轻松，没有别的什么理解失误，就能很顺利得写下去了。中间还有个难处，就是关于端口和299的微程序。端口我一开始就觉得难写，问问同学那时也没有写出来，后来看ppt流程图，觉得和ram的方法一样，只是有些操作位变化，实验之后竟然能用。而299原来没觉得会是个问题，后来做逻辑运算指令时，在这突然不知道如何使用了，不知道是299是个功能选项还是什么。后来看看感觉和alu蛮像的。又问问周围童鞋，发现也是要先装数然后再运算输出到bus上。这样使用之后确实能够进行逻辑运算了，让我满有成