基于微程序控制器的模型计算机设计说明书

可编辑版基于微程序控制器的模型计算机设计目录课程设计的目的 1课程设计要求 1课程设计报告内容 1、系统主要功能 1、总体设计 2、微程序控制器 3汇编语言测试程序 6机器语言测试程序 66、详细设计原理图 77、机器指令运行波形 79.设计总结及体会 8参考文献 8Word完美格式可编辑版Word完美格式可编辑版课程设计的目的：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。能力，取得工程设计的实践和经验。课程设计要求：8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系统的总体设计，画出模型机数据通路框图；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（建议采用全水平型微指令），设计微程序代码表（和微指令格式来设计）；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画出模型机的原理图；画出模型计算机指令执行波形图课程设计报告内容：、系统主要功能A、数据格式8格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0符号位符号位尾数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→R0ADD addr40HXXHR0+[addr]→R0STA addr60HXXHR0→[addr]OUT addr80HXXH[addr]→BUSJMP addrA0HXXHaddr→PCWord完美格式可编辑版IN（字长为8入到R0ADD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能是将R0OUT将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示之。JMP能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。、总体设计（据通路）。总体设计的主要步骤如下：A以便确定各器件的类型和数量；BC、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、检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。行，接入总线的器件都要有三态输出，以便与总线连接。图1.系统总体框图（数据通路图）Word完美格式可编辑版、微程序控制器图1中各功能器件上标注的控制信号，就是微程序控制器设计的依据。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：31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16

S2

S0

Cn

LDRLDDR115

13

11 10 9 8

6 4 5

2 1 0LDDDILDAALU0-SW-PC-RA-DPP1 ****A4UA3UA2UA1UA0各字段说明如下：uA4~uA0S3S2S1ALU16种算术操作或16中逻辑操作中的某一种操作。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。CnCn=1表示ALU运算时最低位有进位；Cn=0则表示无进位。LOAD：PC程序计数器初始值装载信号WE：WE=0.存储器读；WE=1，存储器写。LDR0：R0通用寄存器装载信号LDDR1：DR1暂存器装载信号LDDR2：DR2暂存器装载信号LDIR：IR寄存器装载信号LDPC：PC程序计数器自动加一信号LDAR：AR寄存器装载信号ALU-B：ALU运算结果输出三态门控信号R0-B：R0输出三态门控信号SW-B：SW输出三态门控信号PC-B：PC输出三态门控信号RAM-B：RAM输出三态门控信号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。******：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Word完美格式可编辑版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：运行微程序运行微程序00PCBUSBUSARPC+101RAMBUSBUSIRIN04SWR0ADDSTAP(1)OUTJMP08PC+10CPC+110PCARPC+114PCARPC+10009RAMBUSBUSAR0DRAMBUSBUSAR11RAMBUSBUSAR15RAMBUSBUSPC0ARAMBUSBUSDR21EROBUSBUSRAM12RAMBUS000BR0DR100000F(DR0)+(DR1)R000图2.微程序流程图E、微代码表设计如下：Word完美格式可编辑版地址******S******3S2S1S0CnLOWELDLDLDLDLDALR0SWPCRALDP1UAUAUAUAUA******ARDDIAU|||MP*43210************D0R1R2RR|BBBB|BC*00000228101111000004140111100002040041100000228981111100000210A911110A000018110B11100001080FB111111003819000F1111110C0000122118D1110D000022110E111000040800E1110000229101111110000210E1111111000001002110000810F4111111100080100511F、微程序控制器的逻辑结构框图Word完美格式可编辑版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；ADD10H；STA11H；OUT11H；JMP00H；机器语言测试程序助记符INADD 10HRAM助记符INADD 10HRAM地址000102机器代码204010功能说明SW→R0R0+[10H]→R0STA 11HR0→[11H]OUT 11H[11H]→BUSJMP 00HAddr→PC036004110580061107A00800Word完美格式可编辑版***10***********65H**********************11****************************************************