計算機組成原理-簡單模型機設計課設

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上蘭州理工大學技術工程學院計算機組成原理課程設計任務書（09級）題目： 模型機設計1 學生姓名： 學 號： 班級：計算機科學與技術(2)班 指導老師： 一、 計算機組成原理課程設計題目簡介該設計要求學成根據(jù)計算機組成原理課程所學知識，設計、開發(fā)一套簡單的模型就算計。通過對一個簡單計算機的設計，以達到對計算機的基本組成、部件的功能與設計、微程序控制器的設計，微指令和微程序的編制與調試等過程有更深的了解，加深對理論課程的理解。通過模型機的設計和調試，連貫運用計算機組成原理課程學到的知識，建立計算機整體概念，加深計算機時間與空間概念的理解。二、計算機組成原理課程設計任務1、查

2、閱文獻資料，一般在5篇以上；2、以教學實驗用模型機為背景，通過調研、分析現(xiàn)有的模型機，建立帶有帶8位 自增、自減指令的整機模型；3、完成系統(tǒng)編程與測試工作；4、撰寫設計說明書；5、做好答辯工作。3、 計算機組成原理課設設計的主要內容、功能及指標1、 根據(jù)任務要求設計整體系統(tǒng)的方案。2、 存儲系統(tǒng)：使用模型機的存儲模塊，說明存儲器的輸入輸出時序，模塊連接方式等。3、 運算器：使用模型機的器件，組成帶有片間串行進位8位移位運算功能的運算器。4、 微程序控制器模塊：使用教學機的系統(tǒng)，設計微程序控制器。5、 設計模型機指令系統(tǒng)：（含設計微指令格式，微程序流程圖，每條指令所對應的微程序等）。指令系統(tǒng)包括

3、下列指令：IN、OUT、STA、LDA、JMP、BZC、CLR、MOV、ADD、SUB、ADC、ADT、INC、DEC、SBT、SBC6、 了解并說明教學模型機的輸入輸出模塊。7、 在自己設計的指令系統(tǒng)基礎上，編制一個匯編語言小程序并進行調試通過。8、 整機設計分模塊進行，說明模塊中數(shù)據(jù)和控制信號的來源、去向、功能、時序、以及模塊間數(shù)據(jù)和控制信號的來源、去向、功能、時序等。4、 完成課程設計報告1、 設計題目、設計任務、實驗設備與器材；2、 整體設計方案，設計原理與內容；3、 畫出模型機數(shù)據(jù)通路圖；4、 畫出設計的模型機微程序流程圖和微程序；5、 說明指令系統(tǒng)的格式；6、 說明模塊中數(shù)據(jù)和控制

4、信號的來源、去向、功能、時序、以及模塊間數(shù)據(jù)和控制信號的來源、去向、功能、時序等。7、 調試情況，調試過程中遇到的主要問題，是如何解決的；對設計和編碼的回顧討論和分析；改進設想；經(jīng)驗和體會等；1 計算機組成原理課程設計提交的成果1. 設計說明書一份，內容包括：1） 中文摘要100字；關鍵詞3-5個；2） 前言；3) 設計的目的及設計原理；4） 模型機的邏輯結構及框架；5) 運算器的物理結構；6） 存儲器系統(tǒng)的組成與說明；7） 指令系統(tǒng)的設計與指令格式分析；8) 微程序控制器的邏輯結構及功能；9） 微程序的設計與實現(xiàn)（含微指令格式、后續(xù)地址產(chǎn)生方法以及微程 序入口地址的形式）10） 系統(tǒng)調試報告

5、；11） 設計總結2. 刻制光盤一張。(1) 設計（論文）的主要參考文獻1、白中英. 計算機組成原理. 科學術出版社，2006.82、白中英. 計算機組成原理題解、題庫、實驗. 科學術出版社，2006.83、王愛英. 計算機組成與結構，清華大學出版社，19994、王誠. 計算機組成與結構，清華大學出版社，1999清華大學出版社，19995、唐朔飛. 計算機組成原理，高等教育出版社，1993七、各階段時間安排（共2周）周次 日期內 容地點完 成情 況教 師簽 字第1周星期一教師講解設計要求準備參考資料教室星期二分析系統(tǒng)，方案設計教室星期四、五 編程教室第2周星期一、二 調試系統(tǒng)教室星期三、四編寫

6、設計說明書教室星期五 答辯教室 2012年6月1 8日目錄專心-專注-專業(yè)摘 要隨著社會科技的發(fā)展，計算機被應用到各行各業(yè)，人們步入自動化、智能化的生活階段。本次課程設計課題是基本模型機的設計與實現(xiàn)，它正體現(xiàn)了這一點。利用CPU與簡單模型機來實現(xiàn)計算機組成原理課程及實驗中所學到的實驗原理和編程思想，硬件設備自擬，編寫指令的應用程序，用微程序控制器實現(xiàn)了一系列的指令功能，最終達到將理論與實踐相聯(lián)系。根據(jù)設計任務書要求，本設計要實現(xiàn)完成一個簡單計算機的設計，主要設計部分有運算器，存儲器，控制器以及微指令的設計。 其中運算器由運算芯片和寄存器來完成,存儲器由總線和寄存器構成，使用硬布線的方式實現(xiàn)控制

7、器，從而完成設計要求。:關鍵詞：基本模型機的設計；運算器；存儲器；控制器；前 言計算機組成原理是計算機科學技術學科的一門核心專業(yè)基礎課程。從課程的地位來說，它在先導課程和后續(xù)課程之間起著承上啟下的作用。計算機組成原理講授單處理機系統(tǒng)的組成和工作原理，課程教學具有知識面廣，內容多，難度大，更新快等特點。此次課程設計目的就是為了加深對計算機的時間和空間概念的理解, 增強對計算機硬件和計算機指令系統(tǒng)的更進一步了解。計算機組成原理課程設計目的是為加深對計算機工作原理的理解以及計算機軟硬件之間的交互關系。不僅能加深對計算機的時間和空間的關系的理解，更能增加如何實現(xiàn)計算機軟件對硬件操作，讓計算機有條不紊的

8、工作。正 文一、設計目的和設計原理1.1設計目的融會貫通計算機組成原理課程中各章的內容，通過知識的綜合運用，加深對計算機系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認識，特別是對硬連線控制器的認識，建立清晰的整機概念。對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連接、微程序控制器的設計、微指令和微程序的編制與調試等過程有更深的了解,加深對理論課程的理解。在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將其組成系統(tǒng)地構造一臺基本模型計算機。1.2設計原理（1）運算器設計中所用的運算器數(shù)據(jù)通路，其中運算器由兩片74LS181以并/串形成8位字長的ALU構成。運算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門74LS245(U33)到ALUO1插座

9、，實驗時用8芯排線和內部數(shù)據(jù)總線BUSD0D7插座BUS16中的任一個相連，內部數(shù)據(jù)總線通過LZD0LZD7顯示燈顯示；運算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由二個鎖存器74LS273（U29、U30）鎖存，兩個鎖存器的輸入并聯(lián)后連至插座ALUBUS，測試時通過8芯排線連至外部數(shù)據(jù)總線EXD0D7插座EXJ1EXJ3中的任一個；參與運算的數(shù)據(jù)來自于8位數(shù)據(jù)開并KD0KD7，并經(jīng)過一三態(tài)門74LS245（U51）直接連至外部數(shù)據(jù)總線EXD0EXD7，通過數(shù)據(jù)開關輸入的數(shù)據(jù)由LD0LD7顯示。 算術邏輯運算功能發(fā)生器 74LS181（U31、U32）的功能控制信號S3、S2、S1、S0、CN、M并行相連后連至

10、SJ2插座，測試時通過6芯排線連至6位功能開關插座UJ2，以手動方式用二進制開關S3、S2、S1、S0、CN、M來模擬74LS181（U31、U32）的功能控制信號S3、S2、S1、S0、CN、M；其它電平控制信號LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB以手動方式用二進制開關LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB來模擬，這幾個信號有自動和手動兩種方式產(chǎn)生，通過跳線器切換，其中ALUB、SWB為低電平有效，LDDR1、LDDR2為高電平有效。 另有信號T4為脈沖信號，在手動方式下進行實驗時，只需將跳線器J23上T4與手動脈沖發(fā)生開關的輸出端SD相連，按動手動脈沖開關，即可獲得實驗所需的單脈沖。

11、帶進位控制運算器增加進位控制部分，其中高位74LS181（U31）的進位CN4通過門UN4E、UN2C、UN3B進入UN5B的輸入端D，其寫入脈沖由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，在手動方式下進行實驗時，只需將跳線器J23上T4與手動脈沖發(fā)生開關的輸出端SD相連，按動手動脈沖開關，即可獲得測試所需的單脈沖。AR是電平控制信號（低電平有效），可用于實現(xiàn)帶進位控制實驗。從圖中可以看出，AR必須為“0”電平，D型觸發(fā)器74LS74（UN5B）的時鐘端CLK才有脈沖信號輸入。才可以將本次運算的進位結果CY鎖存到進位鎖存器74LS74（UN5B）中。（2）存儲器主存儲器單元電路主要用于存放實驗機的機

12、器指令，它的數(shù)據(jù)總線掛在外部數(shù)據(jù)總線EXD0EXD7上；它的地址總線由地址寄存器單元電路中的地址寄存器74LS273（U37）給出，地址值由8個LED燈LAD0LAD7顯示，高電平亮，低電平滅；在手動方式下，輸入數(shù)據(jù)由鍵盤提供，并經(jīng)一三態(tài)門74LS245（U51）連至外部數(shù)據(jù)總線EXD0EXD7，實驗時將外部數(shù)據(jù)總線EXD0EXD7用8芯排線連到內部數(shù)據(jù)總線BUSD0BUSD7，分時給出地址和數(shù)據(jù)。它的讀信號直接接地；它的寫信號和片選信號由寫入方式確定。該存儲器中機器指令的讀寫分手動和自動兩種方式。手動方式下 ，寫信號由W/R 提供，片選信號由CE提供；自動方式下，寫信號由控制CPU的P1.2

13、提供，片選信號由控制CPU的P1.1提供。 由于地址寄存器為8位，故接入6264的地址為A0A7，而高4位A8A12接地，所以其實際使用容量為256字節(jié)。6264有四個控制線：CS1 第一片選線、CS2第二片選線、OE讀線、WE寫線。其功能如表34所示。CS1片選線由CE控制（對應開關CE）、OE讀線直接接地、WE寫線由W/R控制（對應開關WE）、CS2直接接+5V。（3）部件測試過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而總體測試將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，測試計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行

14、結束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一個微程序。 為了向主存儲器RAM中裝入程序或數(shù)據(jù)，并且檢查寫入是否正確以及能運行主存儲器中的程序，必須設計三個控制操作微程序。 ·存儲器讀操作：撥動總清開關后，置控制開關SWB、SWA為“0 0”時，按要求連線后，連續(xù)按“啟動運行”開關，可對主存儲器RAM連續(xù)手動讀操作。 ·存儲器寫操作：撥動總清開關后，置控制開關SWB、SWA為“0 1”時，按要求連線后，再按“啟動運行”開關，可對主存儲器RAM進行連續(xù)手動寫入。 ·運行程序：撥動總清開關后，置控制開關SWB、SWA為“1 1”時，按要求連線后，

15、再按“啟動運行”開關，即可轉入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行。 上述三條控制指令用兩個開關SWC、SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下：SWBSWA控制臺命令001011讀內存寫內存啟動程序(4) 指令寄存器 指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內存取到緩沖寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制構成，為了執(zhí)行任何一條給定的指令，必須對操作碼進行測試P(1)，通過節(jié)拍脈沖T4的控制以便識別所要求的操作?！爸噶钭g碼器”根據(jù)指令中的操作碼進行譯碼，強置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應的微程序首地址。 二、總體設計基本整機模

16、型數(shù)據(jù)框圖如圖2-1所示，計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一個微程序。圖2-1：模型機的數(shù)據(jù)通路圖數(shù)據(jù)的通路從程序計數(shù)器PC的地址送到主存的地址寄存器，根據(jù)地址寄存器的內容找到相應的存儲單元。存儲器中的數(shù)據(jù)是指令時，那么數(shù)據(jù)是從RAM送到總線，再從總線送到IR中。存儲器中的數(shù)據(jù)是需要加工的數(shù)據(jù)時，那么數(shù)據(jù)是從RAM送到總線，再動總線送到通用寄存器中等待加工。數(shù)據(jù)加工過程中，兩個數(shù)據(jù)是從總線上將數(shù)據(jù)分別分時壓入兩個暫存器中，等待運算部件的加工，在數(shù)據(jù)加工完成以后。運算結果是通過三

17、太門送到總線上。三態(tài)門的控制時由微控制器來控制。三、詳細設計3.1運算器的物理結構運算器模塊主要由兩片74LS181、暫存器兩片74LS273等構成。其中74LS181可通過控制器相應的控制指令來進行某種運算，具體由S0、S1、 S2、S3、S4、M來決定。T4是它的工作脈沖，正跳變有效。寄存器堆模塊為實驗計算機提供了2個8位通用寄存器。它們用來保存操作數(shù)及其中間運算結果，它對運算器的運算速度、指令系統(tǒng)的設計等都有密切的關系。 下面是芯片74LS181的控制邏輯引腳的功能表以及邏輯引腳圖如表3-1所示：表3-1：74LS181的控制邏輯引腳的功能表 Cn+4 A0A3 F0F3 74LS181

18、B0B3 Cn M S0 S1 S2 S3圖3-1：74LS181的邏輯引腳圖其中各個引腳的功能如下所示：M：算術/邏輯運算選擇輸入M=0算術運算 M=1邏輯運算Cn：帶或不帶進位運算選擇輸入Cn =0帶進位 Cn =1不帶進位S3S0：函數(shù)選擇輸入，A3A0：4位輸入數(shù)據(jù)，B3B0：4位輸入數(shù)據(jù)F3F0：4位表示運算結果的輸出，C n+4：進位輸出Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q874LS273D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CLK CLR圖3-2：74LS273的引腳圖其中，Q0-Q7表示寄存器的8位數(shù)據(jù)輸出，D0D7表示向寄存器中輸入8位數(shù)據(jù)的引腳，CLK是用

19、來進行寄存器的選定操作，當其為高電位時和T4信號一起選定哪個寄存器進行數(shù)據(jù)輸入。8位運算器的結構框圖如圖3-3所示：圖3-3：8位運算器的結構框圖在該運算器中，有兩片74LS181組成算術和邏輯運算。數(shù)據(jù)的來源由74LS273寄存器提供，74LS273產(chǎn)生8位數(shù)據(jù)，分別送入到74LS181運算器中進行相應的運算，而如何進行數(shù)據(jù)的傳送是由LDDR1和LDDR2以及T4信號控制的，當LDDR1和T4都為高電平時，選定相應的寄存器來進行數(shù)據(jù)輸入，同理，LDDR2和T4。然后經(jīng)過相應的運算之后將產(chǎn)生的結果通過總線送回到寄存器中。整個數(shù)據(jù)的運送過程有相應的控制信號提供，S0、S1、 S2、S3、S4、M

20、都是通過控制器的相關指令來控制。讓其進行某種算數(shù)運算和邏輯運算。整個數(shù)據(jù)和指令都是通過數(shù)據(jù)總線，控制總線和地址總線來進行傳送。3.2存儲器系統(tǒng)的組成與說明3.2.1存儲器的詳細設計圖3-4：存儲器的結構框圖說明：該主存儲器采用一級cache-存儲器結構。主要用于存放試驗機的機器指令。它的數(shù)據(jù)總線掛在外部數(shù)據(jù)總線EXD0EXD7上；它的地址總線由地址寄存器單元電路中的地址寄存器74LS273（U37）給出，地址值由8個LED燈LAD0LAD7顯示，高電平亮，低電平滅；在手動方式下，輸入數(shù)據(jù)由8位數(shù)據(jù)開關KD0KD7提供，并經(jīng)一三態(tài)門74LS245（U51）連至外部數(shù)據(jù)總線EXD0EXD7，實驗時

21、將外部數(shù)據(jù)總線EXD0EXD7用8芯排線連到內部數(shù)據(jù)總線BUSD0BUSD7，分時給出地址和數(shù)據(jù)。它的讀信號直接接地；它的寫信號和片選信號由寫入方式確定。該存儲器中機器指令的讀寫分手動和自動兩種方式。手動方式下 ，寫信號由W/R 提供，片選信號由CE提供；自動方式下，寫信號由控制CPU的P1.2提供，片選信號由控制CPU的P1.1提供。由于地址寄存器為8位，故接入6264的地址為A0A7，而高4位A8A12接地，所以其實際使用容量為256字節(jié)。6264有四個控制線：CS1 第一片選線、CS2第二片選線、OE讀線、WE寫線。CS1片選線由CE控制（對應開關CE）、OE讀線直接接地、WE寫線由W/

22、R控制（對應開關WE）、CS2直接接+5V。圖中信號線LDAR 由開關LDAR提供，T3由試驗機上時序模塊電路TS3提供。3.3指令系統(tǒng)的設計與指令分析3.3.1數(shù)據(jù)格式 數(shù)據(jù)格式如表3-2所示：表3-2：數(shù)據(jù)格式76 5 4 3 2 1 0符 號尾 數(shù)3.3.2指令格式模型機設計四大類指令共十條，其中包括算術指令邏輯指令，I/O指令，存算指令，取算指令，轉移指令。(2) 算術指令設計7條算術指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器尋址，其格式如表3-3所示：表3-3：算數(shù)指令格式7 6 5 43 21 0OP-CODERSDS 其中，OP-CODE為操作碼，RS為源寄存器，DS目的寄存器，其規(guī)

23、定如下所示：RS或RD選定的寄存器000110R0R1R2(3) 訪存指令及轉移指令設計2條訪問指令：即存算STA，取算LDA;2條轉移指令：即無條件轉移指令JMP，有進位跳轉指令BZC，指令格式如表3-4所示：表3-4：訪問指令及轉移指令格式7 6 5 4 3 2 1 00 0 MOP-CODERD D 其中,OP-CODE為操作碼，RD為源寄存器的地址(LAD,STA指令用)，D 為位移量，M為尋址模式，其定義如下所示：尋址模式M有效地址說 明00011011 E=D E=(D) E=(RI)+D E=(RD)+D直接尋址間接尋址RI變址尋址相對選址 本模型機規(guī)定變址RI為寄存器R2。(4

24、) I/O指令輸入IN指令和輸出指令OUT指令采用單字節(jié)指令，其格式如表3-5所示：表3-5：I/O指令格式7 6 5 43 2 1 0OP-CODEaddrRD 其中，addr=01時，選中輸入數(shù)據(jù)開關KD0KD7作為輸入設備,addr=10選中2位數(shù)碼管作為輸出設備。3.3.3指令系統(tǒng)本模型機共有13條基本指令，其中算術指令7條，訪存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條。表3-6列出了各條指令的格式，匯編符合，指令功能。表3-6指令格式匯編符號指令格式功能CLR rdMOV rs rdADD rs rdSUB rs rd0111 00 rd0110 rs rd1000 rs rd 10

25、01 rs rd0rdrsrdrs+rdrdrd-rsrdXOR rs rdAND rs rdOR rs rd1010 rs rd1o11 rs rd1100 rs rdrs異或rdrdrsrdrdrsrdrdLDA M D rdSTA M D rdJMP M DJMP M D00 M 00 rd00 M 01 rd00 M 10 rd00 M 11 rd(E)rdrd(E)EPC當cy=1時 EPCIN addr rdOUT addr rd0100 01 rd 0101 10 rdaddrrdrdaddr3.4微程序控制器的邏輯結構及功能微程序控制器的結構與微指令的格式密切相關。 

26、   微程序控制器的結構框圖如圖3-5所示。它由控制存儲器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址轉移邏輯幾部分組成。微地址寄存器和微命令寄存器兩者的總長度即為一條微指令的長度，二者合在一起稱為微指令寄存器。圖3-5：微程序控制器的結構框圖1控制存儲器ROM中存放微程序，也就是全部的微指令。ROM的容量取決于微指令的總數(shù)。假如控制器需要128條微指令，則微地址寄存器長度為7位。ROM的字長取決于微指令長度。如果微指令為32位，則ROM的字長就是32位。實際應用中ROM可采用EPROM或E2PROM、EAROM，用戶寫入和修改微程序比較方便。2微命令寄存器微命令寄存器暫存由控制存儲

27、器中讀出的當前微指令中控制字段與測試判別字段信息，可由8D寄存器組成。3微地址寄存器微地址寄存器暫存由控制存儲器讀出的當前微指令的下址字段信息。它可由帶RD、SD強置端的D觸發(fā)器組成。其中時鐘端和D端配合用做ROM的讀出打入，用SD進行下址修改。4地址轉移邏輯微指令由ROM讀出后直接給出下一條微指令的地址，這個地址就放在微地址寄存器中。當微程序出現(xiàn)分支時通過地址轉移邏輯去修改微地址寄存器內容，并按修改好的微地址讀出下條微指令。地址轉移邏輯是一個組合邏輯電路，其輸入是當前微指令的判別測試字段Pi、執(zhí)行部件反饋的“狀態(tài)條件”及時間因素T4。5控制時序信號上圖中標明了一個基本機器周期中的控制時序信號

28、。例如用上一周期的T4時間按微地址寄存器內容從ROM中讀一條微指令，經(jīng)過一段時間后被讀出，用當前周期的T1時間打入到微指令寄存器。T2、T3時間用來控制執(zhí)行部件進行操作。T4時間修改微地址寄存器內容并讀出下一條微指令。微控制器寄存器使用的是兩片74LS273和一片74LS175構成它們從微命令存儲器中讀出并保存，為后續(xù)模塊提供信息。它是根據(jù)節(jié)拍信號進行讀的。 地址轉移部分是由一個74LS245作為6的帶強制端的觸發(fā)器構成寄存器和構成在強制端沒有輸入時使用的是從微存儲器讀出下一條地址。如果強制端有輸入就是強制端給定的地址。強制端給地址主要是在分支的時候給出。還有三個74LS138夠成地址譯碼部分

29、。分別對應A,B,C字段。微控制器的物理設計微控制器的設計中根據(jù)其要求，使用的微控制的微控存使用的是3片2816構成。其中每一片使用的是256個字節(jié)并沒有全使用。這主要考慮到是整個模型機都使用的都是8位的。三片2816實現(xiàn)的位擴張，構成24長度微指令。因此根據(jù)起設計的要求物理設計的邏輯圖如圖3-6所示: 圖3-6 物理設計圖3.5微程序的設計與實現(xiàn)3.5.1指令格式微指令長共24位，其控制位順序如表3-7所示：表3-7：微指令的格式微程序242322212019181716151413控制信號3210MCNWEB1B0 A微程序121110987654321控制信號 B CuA5uA4uA3u

30、A2uA1uA0A字段 B字段 C字段對表3-7解釋： S3 S2 S1 S0 M 微運算器74LS181芯片的控制信號，詳見表3-7。 微WR信號對RAM和OUT進行寫操作，高電平為寫有效。 B1,B0: 為對外部設備（RAM, OUTPUT, INPUT）地址進行譯碼，B0B1=00時， INPUT 選中; B0B1 =01時，RAM（CE）選中；B0B1=10的，OUTPUT選中; B0B1=11時，外部設備不選中。A字段：LDRi：寄存器輸入選中，具體選擇同指令寄存器（IR）的最低2位（I1，I0）配合，當I1，I0=00時為輸入到R0寄存器；I1，I0=01時為R1；I1，I0=10

31、時為R2。 LDDR1：暫存器DR1選中。 LDDR2：暫存器DR2選中。 LDIR：指令寄存器IR選中。 LOAD：總線數(shù)據(jù)直接裝載到PC計數(shù)器。 LDAR：地址寄存器AR選。B字段 ：RS-B：為源寄存器輸出選中。具體選擇同指令寄存器（IR）的3，4位（I3，I2）配合，當I3，I2=00時為輸入到R0寄存器；I3，I2=01時為R1；I3，I2=10時為R2。 RD-B：為目的寄存器輸出選中。具體選擇同指令寄存器（IR）的最低2位（I1，I0）配合，當I1，I0=00時為輸入到R0寄存器；I1，I0=01時為R1；I1，I0=10時為R2。 RI-B：為變址寄存器選中。本機定固定為R2

32、。 299-B：移位寄存器輸出選中。 ALU-B：邏輯運算單元結果輸出。 PC-B ：PC計數(shù)器輸出。C字段 ：P（1）：分支判斷1，和指令寄存器（IR）的高四位（IR7-IR4）作為測試條件?？煞?6個分支。 P（2）：分支判斷2，和指令寄存器（IR）的三四位（IR3，IR2）作為測試條件，有4個分支。 P（3）：分支判斷3，和CY或ZI作為測試條件，有兩個分支。 P（4）：分支判斷4，和開關SWB，SBA作為測試條件，有4個分支。用于控制臺控制區(qū) （讀程序，寫程序，和運行程序）。 AR：進行算術運算時是否影響進位和判零標志的控制位。 選中時進行帶進位運算。 LDPC：為PC計數(shù)信號選中。

33、UA5UA0：為下一步微地址指令的后續(xù)地址的產(chǎn)生方法是:在沒有跳轉的指令中后六位就是下一條微指令的入口地址。在有跳轉的指令根據(jù)跳轉的條件微控制器根據(jù)相應的條件和地址將下地址直接送到為控制器的地址強制端得到下一條指令的地址。 微程序是按順序在在為控存中存放在系統(tǒng)初始化的是時候指令是從00H地址開始的00H地址中存放的是一條跳轉指令直接可以跳轉到01H的中存放的就是真正在控制程序功能的指令。機器就根據(jù)指令一條的執(zhí)行。在微控制器的控制下讓機器根據(jù)指令的來進行有條不紊的工作。為指令的入口地址的形成是根據(jù)機器指令的高四位進行判斷后得出的。每一條微指令都對應相應的一個地址。地址的編制和每一微指令是一一對應

34、。不存在沖突。3.5.2微程序流程圖根據(jù)以上的指令設計，得出的微程序流程圖如圖3-7所示：0101011A1931301C2D2B2A292420232221220STALODJMPBZC0B0A090807O60504O318MOVOUT217161521421321221111(相對)10(變址)01(間接)00(直接)101002OR01PCARPC+1RDLEDRSRDALU0RDPCARPC+1PCARPC+1PCARPC+1PCARPC+1RAMBUSBUSIRP(1)RDBUSBUSDR2RAMBUSBUSDR1SWEBUSBUSRDRAMBUSBUSDR1RAMBUSBUSAR

35、RAMBUSBUSARRSBUSBUSDR1RDBUSBUSDR2RSBUSBUSDR1R2DR1PCDR2RAMBUSBUSARDR1+DR2BUSARBUSDR1RSBUSBUSDR1DR1+DR2BUSRDRDBUSBUSDR2RDBUSBUSDR2DR1*DRABUSRDDR1異或DR2BUSDRBUSIRDR1DR1DR1+1DR1DR1+DR2BUSRDRBUSBUSRAMDR1+DR2BUSARP(2)RAMBUSBUSDR1RAMBUSBUSPCRAMBUSBUSRP(3)DR1BUSBUSARRSBUSBUSDR1RDBUSBUSDR2DR1+DRABUSRDCLRIN2AN

36、DXORSUBADD26252428272C010101010101010101RSBUSBUSDR1圖3-7 微程序流程圖在微程序流程圖中總共涉及到13條機器指令它們分別是： IN OUT STA LDA JMP BZCCLR MOVE ADD SUB XOR ANDOR其中的指令的格式在上面已經(jīng)介紹。這些機器指令指令都是遵循從 取址 譯碼 執(zhí)行 訪存 寫回 5個步驟。在取址總它們都有相同的的操作如圖中標號 01H 的作用是從地址指針寄存器中得到指令地址根據(jù)指令地址得出取出指令。這個取址過程是所用的指令的需要執(zhí)行的公操作。圖中在執(zhí)行完公操作后又給“P(1)”的功能就是譯碼。這里的譯碼工作是使

37、用微控制器的外圍電路中分支的方式。得到下一條微指令的地址。指令中的STA、 LDA JMP BZC 是四條雙字長的指令。他們有四種尋址方式分別是直接、間接、變址、相對。指令在操作地址的時候都是先得到地址然才能操作。在這里設計的過程使用的也是同樣的思想。在指令譯碼的過程中對這四條指令使用的方式不是直接判斷應該執(zhí)行什么指令，而是先判斷應該使用怎樣的尋址方式先找到應該操作的主存地址再進行操作。間接尋址的方式的STA指令如下：第一步：(01H)從地址指針(PC)中得到地址,送到地址寄存器（AR）中，PC自動加一。第二步：(02H)主存（RAM）中讀出東西送到總線上，送到指令寄存器（IR）中。第三步：(

38、10H)將（IR）中的內容進行譯碼。判斷下一條指令的地址。第四步：（12H）由于是STA指令是一條雙子長指令。所以在此再次執(zhí)行第一步即可。第五步：（06H）將主存中的數(shù)據(jù)寫到DR1中。第六步：(07H) 將R2中的內容送到DR2中。 第七步：（08H）將DR1與DR2中的數(shù)據(jù)相加后送到AR中，是STA指令操作地址。并進行判斷執(zhí)行的是哪種地址。 第八步：（20H）將相應的寄存器中的內容送到RAM中。第九步：回到原操作。3.5.3微指令微指令的格式表3-8所示：表3-8： 微指令格式24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 1312 11 109 8 76 5 4 3 2

39、1 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0 ABCuA5 Ua0 0111011011002100000001101101101101111011011012110110110131101101101400100000015000010000160010010001700110100018010001000190110010001A0100010001B0100010001C010001000031100001010411000000005110000010061100000000701100100008110101010090100000000A0111100000B110

40、101010200000100002100100000022101000110230000000112400000000025101000110260110100002700110110128010010000291011010002A0101010002B0011010002C0110100002D0011010002E0110100002F0011010003001101000031001101000設計復雜模型機的監(jiān)控軟件，詳細如下：$P00 44 IN 01,R0$P01 46 IN 01,R2$P02 88 ADD R2,R0$P03 61 MOV RO,R1$P04 A4 XOR

41、R1,R0$P05 3C BZC 00,00$P06 00微程序：$ M01 82ED05$ M02 50C004$ M10 83ED05$ M11 84ED05$ M12 86ED05$ M13 89ED05$ M14 $ M15 $ M16 $ M17 019A39$ M18 23B205$ M19 28A205 $ M1A 2CA205$ M1B 2EA205$ M1C 30E005$ M03 A0E004$ M04 05E004$ M05 A0A004$ M06 07B204$ M07 08EA05$ M08 A0A005$ M09 0ABC04$ M0A 0BEA05$ M0B A0

42、8455$ M20 $ M21 $ M22 81D108$ M23 E48005$ M24 $ M25 81E104$ M26 27B405$ M27 419B95$ M28 29A405$ M29 2AAA09$ M2A 2BAA01$ M2B 019A95$ M2C 2EB405$ M2D 019A69$ M2E 2FB405$ M2F 019AB9$ M30 31B405$ M31 019CE9四、系統(tǒng)調試PC=00PC=01->AR=00->RAM(44)RAM(44)->IR=44->微控器INPUT(01)->R0=01PC=02->AR=01->RAM(46)RAM(45)->IR=46->微控器INPUT(02)->R0=02PC=03->AR=02->RAM(B4)RAM(88)->IR=88->微控器R0