简单模型机的微程序设计

1、课程设计报告课程设计名称：简单建模器的微型计算机编程科系：三界学生名称：班：软件2班学号：成绩：讲师地图：开课时间：2012学年第二学期一、设计标题电脑构造原理课程设计简单建模器的微电脑编程二、主要内容1.通过作者开发的微程序分析和设计模拟软件的使用，熟悉本文中描述的为基本建模者设计的微程序执行过程。必须充分理解并正确说明以下问题：微程序中微指令的每个字段的作用。哪些字段没有翻译，哪些字段可以直接翻译，哪些字段可以视为字段间接编码？微程序中的微指令是按顺序执行的，否则，次要地址是怎么产生的？(阿尔伯特爱因斯坦，美国电视电视剧，成功)在某些情况下，辅助地址字段要执行的微指令的地址。(3)在微程序

2、中，根据机器指令的相关位实现分支的方法，因此，在设计机器指令时，如何避免和解释其他命令的微指令的微地址冲突。用于执行所有命令的微指令。(1)说明机器指示的微程序各微指示的微地址是否连续。这些微指令的微地址分配的严重原则是什么？为什么读一次和写一次的内存总是要用两个微指令完成？机器程序中使用的寄存器R0由机器命令中的哪个位置确定？要使用R1或R2，是否复盖微程序或机械命令？如果需要，如何重写？2.根据原来的5个机械指令，加入实现以下每个功能的机械指令，设计相应机械指示的格式，并重新建立原始微程序，以便执行所有机械指令。新添加的机械命令的功能包括：或命令OR RD、RS: (RS)或(RD)(RD

3、)减命令SUB RD，(addr): (rd)减(addr)(RD) xor或命令XOR (addr1)、(addr2): (addr1) xor或(addr2)(RD)和命令AND RD、RS: (RS)和(RD)(RD)相反的命令not rd:/(rd) (rd)其中RS、RD可以是R0、R1或R2。三、具体要求创建课程设计报告以说明设计理念。例如，如何实现每个命令的分支，如何重新调整与每个命令相对应的微程序中微命令的微地址，以及如何设计每个微命令的代码。要绘制用微指令表示的微流程图，并适当地说明。四、日程安排共1.5周11天的时间如下：12日：详细说明整个课程设计的内容，用学生地图完成课

4、程设计指南的学习，以便掌握和理解课程设计的核心内容。35天：详细了解学生机房课程设计中使用的模拟软件、模拟软件实现建模器的命令系统(现有5个命令)和微电脑编程方法。69天：在原有5个机械命令的基础上，添加实现以下各功能的机械命令，设计相应机械命令的格式，复盖原有微程序，以便执行所有机械命令。10-11日：根据自己设计的微程序系统创建相应的课程设计实验报告五、业绩评价六、正文(1)建模程序CPU和系统硬件基本建模器的CPU和系统硬件配置如图1所示。图1建模器CPU和系统硬件组件每个部件的功能和控制信号如下：运算符由逻辑部件ALU(8位)、寄存器DR1、DR2和通用寄存器组成。ALU的功能控制信号

5、通过S3、S2、S1、S0、M、CN实现48茄子算术和逻辑运算符功能，如图2所示。图2 74LS181菜单运算符是输入端分别连接到寄存器DR1和DR2的单个巴士结构，加载数据的微命令是LDDR1和LDDR2，当1电平时，由位脉冲T4将数据总线数据加载到相应寄存器中。R0、R1和R2是通用寄存器。用于装载R0上的数据的微命令是用于装载LDR0、R1上的数据的微命令是用于装载LDR1、R2上的数据的微命令是LDR2。299是实现移动运算的设备，在299B微指令有效时提供数据端和数据总线连接。控制器由节目柜台PC、命令寄存器IR、地址寄存器AR、定时电路、控制内存及其解码电路等组成。节目柜台PC的功

6、能是保留以下命令的地址，其输出是向内存提供要向地址寄存器发出的命令的地址。提供地址后立即添加1，以指向指令的下一个字节或下一个指令的地址。控制微命令有三种。LOAD=0和LDPC=1时，T4的正向跳跃会将数据总线数据加载到PC中。当负载=1，LDPC=1时，将PC的内容加1。PCB=1时，PC的地址信息将发送到数据总线。指令寄存器IR用于存档当前正在执行的指令。微指令LDIR=1时，由位脉冲T3加载数据总线数据。地址寄存器AR存储要从内存中读取的数据或指令的地址，或要将数据或指令写入存储的地址。微指令LDAR=1时，由位脉冲T3加载数据总线数据。内存RAM用于存储程序和数据。如果切片选择信号C

7、E=0时W/R牙齿0，则根据AR的地址从内存中读取数据并将其发送到数据总线上。如果是W/R牙齿1，则根据AR的地址将数据总线数据写入存储。片选择信号CE由微指令的相关字段(B1B0)解码生成。建模器是两个茄子外部设备，即输入设备是设置数据或地址的开关SW，微命令SWB=0时设置的数据将发送到数据总线(SWB=0)。SWB也是由微指令的相关字段(B1B0)解码生成的。输出设备是两个LED数字管道，当微命令LEDB=1时，将数据总线上的数据发送到数字管道进行显示。(2)基本模型机械指令设计根据基本建模器的硬件设计，设计5茄子机械命令，例如外围设备输入命令IN、二进制附加命令ADD、存储命令STA、

8、向外围设备命令OUT输出、无条件传输命令JMP等。命令格式如下：助记机脚本说明In 0101 0000设定开关SW (kd0至kd7)状态R0Add addr 0110 0000(R0) (addr)(R0)Sta addr 0111 0000(R0)(addr)Out addr 1000 0000(addr)输出设备“LED”Jmp addr 1001 0000AddrPCOr 1010 0100(RS)或(rd) (rd)Sub addr 1011 1100(RD)-(addr)(RD)Xor 1100 1100(addr1)xor (addr2)(RD)And 1101 0100(RS)

9、and (RD)(RD)Not 1110 1100/(RD)(RD)(3)命令微过程分析原始五个茄子命令的信息流如下图所示。总微处理如下：RAMBUS巴士 R1(R1 r0) r0011D1E0101(D1 DR2)R001ram巴士巴士 arR0DR1DR1LED(R0-R1)R00B0F1C0105ram巴士巴士 dr2ram巴士巴士ramR0 巴士巴士 dr1ram巴士巴士ram巴士巴士 R10104080A0E1B01010101030C0D1AA0709PCARPC 1软件ROPCARPC 1PCARPC 1PCARPC 1PCARPC 1PCARPC 1(R1r0)r0(R1-R0

10、)R0/(D1)R0PCARPC 1ram巴士BUSIRP(1)测试010211101314151617181912NOTANDxtorSUBORJMPOUTSTAADD磷ram巴士巴士 arram巴士BUSPCram巴士巴士 arram巴士巴士 arram巴士巴士 arram巴士巴士 ar06牙齿图是用于微程序运行的数据流图，实际上不是分解为微指令级别。为了进行微程序设计，必须根据牙齿图进一步细分为微指令(微操作)级别。例如，PCAR实际上需要同时运行PCB、LDAR两个微命令。PC 1需要运行LDPC微命令。SWR0需要发出两个微命令：SWB，LDRi(生成带有相应脚本位的LDR0微命令)

11、。RAMBUS需要发出两个微命令：CE有效和读内存。BUSRAM需要发出两个微命令：CE有效内存和写内存。R0 R0B微指令意味着有效。因此，可以将牙齿画改为下一幅画。CE有效WR=0LDDR0ALU执行xor运算011D1E0101ALU做加法01CE有效WR=0LDPCR0DR1ROB CE有效ALU做减法运算0B0F1C0105CE有效WR=0LDDR0ROB CE有效WR=1CE有效WR=0LDDR0CE有效WR=0LDDR0CE有效WR=0LDDR00104080A0E1B01010101030C0D1A0709PCB LDARLDPCSWB有效的LDRiPCB LDARPCB LD

12、ARPCB LDARPCB LDARPCB LDAR执行ALU或计算ALU和计算ALU逆向运算PCBLDAR LDPCCE有效WR=0LDIRP(1)测试010211101314151617181912NOTANDxtorSUBORJMPOUTSTAADD磷CE有效WR=0LDPCCE有效WR=0LDPCCE有效WR=0LDPCCE有效WR=0LDPCCE有效WR=0LDPCCE有效WR=0LDPC(4)基本模型机微指令格式牙齿建模器的微指令共24位，基本上直接编码水平微指令字段，控制位顺序为：其中S3、S2、S1、S0、M、CN ( A24至 A19位)是ALU运算类型的控制字段，输出不需要

13、对直接连接到ALU的相应控制信号进行解码。无论如何编码牙齿字段，ALU都会执行特定的操作，但是需要注意的是，除非运行ALUB微命令，否则ALU的操作结果不会影响数据总线，即其他部件的操作。设计微程序时，牙齿字段的编码可以任意设置，除非发出ALUB微命令。A18位是输出设备(LED)和主内存(RAM)的读写控制字段，表示读为零。牙齿位表示写入1。 A17至 A16位(B1B0)字段用于选择外围设备和主内存。B1B0=01主内存选择(CE有效)，B1B0=00输入数据开关选择(SWB有效)，B1B0=10输出LED选择(LEDB有效)。B1B0=11对牙齿型号机器无效。也就是说，未选择外围设备或主

14、内存。对于牙齿建模器，以上三位数字可以视为一个字段，编码的含义如下：UA18uA17uA16=000或100从输入交换机软件读取数据UA18uA17uA16=001从资料档案库中读取数据UA18uA17uA16=101将数据写入主存储UA18uA17uA16=将数据写入110指示灯其他组合没有意义。如果在创建子微程序时使用011，则无效。 a6 a1位是6位字典设置的后续微地址，“字典设置”的含义是牙齿字段与微地址控制字段和指令寄存器等部件一起，以下微命令生成控制内存中的微地址。a、B和C的三个茄子解码字段分别通过三组解码控制电路解码生成各种微指令。a字段用于生成每个寄存器数据加载微命令，每个编码的含义如上表所示。建模器有三个茄子常规寄存器(R0、R1和R2)，因此它们都有相应的数据加载微命令。为了不增加微命令的宽度，在牙齿字段中仅设计了一个LDRi命令。为了区分加载数据的寄存器种类，在I1I0=00时，根据命令寄存器中最低两位数(I1I0)的状态发出LDR0微命令。I1I0=01时发出LDR1微命令。I1I0=10时发出LDR2