計算機組成原理課程設(shè)計報告微程序報告

.PAGE.微程序控制器的設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1設(shè)計目的32設(shè)計容33具體要求34設(shè)計方案35調(diào)試過程……………..116心得體會12微程序控制器的設(shè)計與實現(xiàn)設(shè)計目的穩(wěn)固和深刻理解"計算機組成原理〞課程所講解的原理，加深對計算機各模塊協(xié)同工作的認(rèn)識掌握微程序設(shè)計的思想和具體流程、操作方法。培養(yǎng)學(xué)生獨立工作和創(chuàng)新思維的能力，取得設(shè)計與調(diào)試的實踐經(jīng)歷。嘗試?yán)镁幊虒崿F(xiàn)微程序指令的識別和解釋的工作流程設(shè)計容按照要求設(shè)計一指令系統(tǒng)，該指令系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)展加、減運算和無條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、存放器尋址、存放器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。設(shè)計要求仔細(xì)復(fù)習(xí)所學(xué)過的理論知識，掌握微程序設(shè)計的思想，并根據(jù)掌握的理論寫出要設(shè)計的指令系統(tǒng)的微程序流程。指令系統(tǒng)至少要包括六條指令，具有上述功能和尋址方式。根據(jù)微操作流程及給定的微指令格式寫出相應(yīng)的微程序?qū)⑺O(shè)計的微程序在虛擬環(huán)境中運行調(diào)試程序，并給出測試思路和具體程序段嘗試用C或者Java語言實現(xiàn)所設(shè)計的指令系統(tǒng)的加載、識別和解釋功能。撰寫課程設(shè)計報告。設(shè)計方案設(shè)計思路按照要求設(shè)計指令系統(tǒng)，該指令系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)展加、減運算和無條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、存放器尋址、存放器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。從而可以想到如下指令：24位控制位分別介紹如下：XRD：外部設(shè)備讀信號，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。EMWR：程序存儲器EM寫信號。EMRD：程序存儲器EM讀信號。PCOE：將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。EMEN：將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通，由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫到EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。IREN：將程序存儲器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令存放器IR和微指令計數(shù)器uPC。EINT：中斷返回時去除中斷響應(yīng)和中斷請求標(biāo)志，便于下次中斷。ELP：PC打入允許，與指令存放器的IR3、IR2位結(jié)合，控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址存放器MAR。MAROE：將地址存放器MAR的值送到地址總線ABUS上。OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口存放器OUT里。STEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧存放器ST中。RRD：讀存放器組R0-R3，存放器R"的選擇由指令的最低兩位決定。RWR：寫存放器組R0-R3，存放器R"的選擇由指令的最低兩位決定。：決定運算器是否帶進(jìn)位移位，=1帶進(jìn)位，=0不帶進(jìn)位。FEN：將標(biāo)志位存入ALU部的標(biāo)志存放器。X2：X1：X0:X2、X1、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的存放器。具體如下：X2X1X0輸出存放器000IN_OE外部輸入門001IA_OE中斷向量010ST_OE堆棧存放器011PC_OEPC存放器100D_OE直通門101R_OE右移門110L_OE左移門111沒有輸出WEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作存放器W中。AEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。S2：S1：S0:S2、S1、S0三位組合決定ALU做何種運算。具體如下：S2S1S0功能000A+W加001A-W減010A|W或011A&W與100A+W+C帶進(jìn)位加101A-W-C帶進(jìn)位減110~AA取反111A輸出A模型機的尋址方式分五種：累加器尋址：操作數(shù)為累加器A，例如"CPLA〞是將累加器A值取反，還有些指令是隱含尋址累加器A，例如"OUT〞是將累加器A的值輸出到輸出端口存放器OUT。存放器尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在R0-R3的存放器中，例如"ADDA，R0〞指令是將存放器R0的值加上累加器A的值，再存入累加器A中。存放器間接尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EM中，數(shù)據(jù)的地址在存放器R0-R3中，例如"MOVA，R1〞指令是將存放器R1的值做為地址，把存儲器EM中該地址的容送入累加器A中。存儲器直接尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EM中，數(shù)據(jù)的地址為指令的操作數(shù)。例如"ANDA，40H〞指令是將存儲器EM中40H單元的數(shù)據(jù)與累加器A的值做邏輯與運算，結(jié)果存入累加器A。立即數(shù)尋址：參與運算的數(shù)據(jù)為指令的操作數(shù)。例如"SUBA，#10H〞是從累加器A中減去立即數(shù)10H，結(jié)果存入累加器A。程序清單MOVA,#01H立即數(shù)尋址，傳送指令，將01h傳送給累加器aLOOP:MOVR0,#01H立即數(shù)尋址，將01h傳送給r0ADDA,R0存放器尋址，加法操作，將r0的值與a相加，結(jié)果存入a中SUBA,R0存放器間接尋址，減法將R0的值當(dāng)作是存地址，再將此地址的值與A相減，最后放入A。ADDA,01H存儲器直接尋址，尋找出01地址中的值，用A和此地址的值相加，最后放入ACPLA累加器尋址，將a的值取反OUTJMPLOOP//無條件跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到LOOP指令流程圖MOVA,#01HPCPC—>MAR(PC+1—>PC)MAR—>EMEM—>IR、uPCEM—>A〔PC+1—>PC〕PCPC—>MAR(PC+1—>PC)MOVR0,#01HMARMAR—>EMEMEM—>IR、uPCEMEM—>R0〔PC+1—>PC〕PC—>MAR(PC+1—>PC)PC—>MAR(PC+1—>PC)MAR—>EMEM—>IR、uPCW+A—>A〔PC+1—>PC〕R0—>WPCPC—>MAR(PC+1—>PC)SUBA,R0MARMAR—>EMEMEM—>IR、uPCR0R0—>MARMAR—MAR—>EMA-W—A-W—>A〔PC+1—>PC〕EMEM—>WA-W—>A〔PC+1—>PC〕A-W—>A〔PC+1—>PC〕PC—PC—>MAR(PC+1—>PC)ADD,02HMARMAR—>EMEMEM—>IR、uPCEMEM—>MAR02H02H—>EMEMEM—>WA&WA&W—>A〔PC+1—>PC〕CPＬＡPCPC—>MAR(PC+1—>PC)MARMAR—>EMEMEM—>IR、uPCA—>~A〔PC+1—>PC〕A—>~A〔PC+1—>PC〕OUTPCPC—>MAR(PC+1—>PC)MARMAR—>EMEMEM—>IR、uPCAA—>OUT〔PC+1—>PC〕JMPLOOPPCPC—>MAR(PC+1—>PC)MARMAR—>EMEMEM—>IR、uPCIRIR—>PC〔PC+1—>PC〕調(diào)試過程指令系統(tǒng)設(shè)計本指令系統(tǒng)涉及8條指令，分別完成數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)展加、減和無條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、存放器尋址、存放器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。具體指令設(shè)計如下：微程序設(shè)計將窗口切換到"uM微程序〞窗口，設(shè)計每條指令的微程序。每個程序開場要執(zhí)行的第一條微指令應(yīng)是取指操作，因為程序復(fù)位后，PC和uPC的值都為0，所以微程序的0地址處就是程序執(zhí)行的第一條取指的微指令。取指操作要做的工作是從程序存儲器EM中讀出下條將要執(zhí)行的指令，并將指令的機器碼存入指令存放器IR和微程序計數(shù)器uPC中，讀出下條操作的微指令。取指設(shè)計如下〔CBFFFF〕：MOVA，#01H這條指令是把立即數(shù)1從存儲器EM中取出，放入累加器A中。微程序設(shè)計如下〔C7FFF7〕：MOVR0,#01H這條指令是把立即數(shù)1從存儲器EM中取出，放入存放器R0中。微程序設(shè)計如下(C7FBFF);ADDA,R0這條指令是存放器尋址，將R0的值取出放入W中與A相加，再將結(jié)果放入A。它由三個指令周期。微程序設(shè)計如下：第一步，把R0的值放入累加器W中第二步，從D中讀出A的值并與W相加，結(jié)果放到A中SUBA,R0這條指令是存放器間接尋址，將以R0為地址的數(shù)值取出放入W中與A相減，再將結(jié)果放入A。它由四個指令周期。微程序設(shè)計如下：第一步，把R0的值放入地址存放器MAR中第二步從MAR中讀出以R0為地址的值放入累加器W中第三步將A的值與W值相減CPLA將A的值取反在存入A中OUT將累加器的值送到輸出端并輸出：JMPLOOP心得體會這次微程序程序設(shè)計主要是要求我們設(shè)計一個指令系統(tǒng)，其中包含加，減，數(shù)據(jù)傳送和無條件轉(zhuǎn)移指令操作，具有累加器尋址、存放器尋址、存放器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。在通過設(shè)計的過程中，大概理解了各種指令操作和尋址方式。