计算机组成原理课程设计(微程序)报告.doc

微程序控制器的设计与实现目录1设计目的32设计内容33具体要求34设计方案35 调试过程.116 心得体会.12微程序控制器的设计与实现一、 设计目的1) 巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程所讲解的原理，加深对计算机各模块协同工作的认识2) 掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。3) 培养学生独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。4) 尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程二、 设计内容按照要求设计一指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。三、 设计要求1) 仔细复习所学过的理论知识，掌握微程序设计的思想，并根据掌握的理论写出要设计的指令系统的微程序流程。指令系统至少要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。2) 根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序3) 将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序，并给出测试思路和具体程序段4) 尝试用C或者Java语言实现所设计的指令系统的加载、识别和解释功能。5) 撰写课程设计报告。四、 设计方案1) 设计思路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、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。从而可以想到如下指令：24位控制位分别介绍如下： XRD ： 外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。 EMWR： 程序存储器EM写信号。 EMRD： 程序存储器EM读信号。 PCOE： 将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。 EMEN： 将程序存储器EM与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。 IREN： 将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPC。 EINT： 中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。 ELP： PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。 MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。 MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。 OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。 STEN： 将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。 RRD： 读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。 RWR： 写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。 CN： 决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。 FEN： 将标志位存入ALU内部的标志寄存器。 X2：X1：X0: X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。具体如下：X2 X1 X0输出寄存器0 0 0IN_OE 外部输入门0 0 1IA_OE 中断向量0 1 0ST_OE 堆栈寄存器0 1 1PC_OE PC寄存器1 0 0D_OE 直通门1 0 1R_OE 右移门1 1 0L_OE 左移门1 1 1没有输出 WEN： 将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。 AEN： 将数据总线DBUS的值打入累加器A中。 S2：S1：S0: S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。 具体如下：S2 S1 S0功能0 0 0A+W 加0 0 1A-W 减0 1 0A|W 或0 1 1A&W 与1 0 0A+W+C 带进位加1 0 1A-W-C 带进位减1 1 0A A取反1 1 1A 输出A模型机的寻址方式分五种： 累加器寻址： 操作数为累加器A，例如“CPL A”是将累加器A值取反，还有些指令是隐含寻址累加器A，例如“OUT”是将累加器A的值输出到输出端口寄存器OUT。 寄存器寻址： 参与运算的数据在R0-R3的寄存器中，例如 “ADD A，R0”指令是将寄存器R0的值加上累加器A的值，再存入累加器A中。 寄存器间接寻址：参与运算的数据在存储器EM中，数据的地址在寄存器R0-R3中，例如 “MOV A，R1”指令是将寄存器R1的值做为地址，把存储器EM中该地址的内容送入累加器A中。 存储器直接寻址：参与运算的数据在存储器EM中，数据的地址为指令的操作数。例如“AND A，40H”指令是将存储器EM中40H单元的数据与累加器A的值做逻辑与运算，结果存入累加器A。 立即数寻址： 参与运算的数据为指令的操作数。例如 “SUB A，#10H”是从累加器A中减去立即数10H，结果存入累加器A。2) 程序清单MOV A,#01H 立即数寻址，传送指令，将01h传送给累加器aLOOP:MOV R0,#01H 立即数寻址，将01h传送给r0ADD A,R0 寄存器寻址，加法操作，将r0的值与a相加，结果存入a中SUB A,R0 寄存器间接寻址，减法将R0的值当作是内存地址，再将此地址的值与A相减，最后放入A。ADD A,01H 存储器直接寻址，寻找出01地址中的值， 用A和此地址的值相加，最后放入ACPL A 累加器寻址，将a的值取反OUTJMP LOOP /无条件跳转，跳转到LOOP3) 指令流程图MOV A,#01HPCMAR(PC+1PC)MAREMEMIR 、uPCEMA（PC+1PC）PCMAR(PC+1PC)MOV R0,#01HMAREMEMIR 、uPCEMR0（PC+1PC） PCMAR(PC+1PC)MAREMEMIR 、uPCW+AA（PC+1PC）R0WADD A,R0 PCMAR(PC+1PC)SUB A,R0MAREMEMIR 、uPCR0MARMAREMA-WA（PC+1PC）EMWA-WA（PC+1PC）PCMAR(PC+1PC) ADD,02H MAREMEMIR 、uPCEMMAR02HEMEMWA&WA（PC+1PC）CPPCMAR(PC+1PC) MAREMEMIR 、uPCAA（PC+1PC） OUTPCMAR(PC+1PC)MAREMEMIR 、uPCAOUT（PC+1PC）JMP LOOPPCMAR(PC+1PC)MAREMEMIR 、uPCIRPC（PC+1PC）五、 调试过程1) 指令系统设计本指令系统涉及8条指令，分别完成数据传送，进行加、减和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。具体指令设计如下：2) 微程序设计 将窗口切换到“uM微程序”窗口，设计每条指令的微程序。 每个程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，因为程序复位后，PC和uPC的值都为0，所以微程序的0地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。取指操作要做的工作是从程序存储器EM中读出下条将要执行的指令，并将指令的机器码存入指令寄存器IR和微程序计数器uPC中，读出下条操作的微指令。取指设计如下（CBFFFF）：MOV A，#01H 这条指令是把立即数1从存储器EM中取出，放入累加器A中。微程序设计如下（C7FFF7）：MOV R0,#01H这条指令是把立即数1从存储器EM中取出，放入寄存器R0中。微程序设计如下(C7FBFF);ADD A,R0这条指令是寄存器寻址，将R0的值取出放入W中与A相加，再将结果放入A。它由三个指令周期。微程序设计如下：第一步，把R0 的值放入累加器W中第二步，从D中读出A的值并与W相加，结果放到A中SUB A,R0 这条指令是寄存器间接寻址，将以R0为地址的数值取出放入W中与A相减，再将结果放入A。它由四个指令周期。微程序设计如下：第一步，把R0 的值放入地址寄存器MAR中 第二步 从MAR中读出以R0为地址的值放入累加器W中第三步 将A的值与W值相减CPL A 将A的值取反在存入A中OUT 将累加器的值送到输出端并输出：JMP LOOP六、 心得体会这次微程序程序设计主要是要求我们设计一个指令系统，其中包含加，减，数据传送和无条件转移指令操作，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。在通过设计的过程中，大概理解了各种指令操作和寻址方式。学会了能灵活理解他们之间的关系，包括像操作与寻址方式之间的搭配等