《简单模型机的微程序设计--计算机组成原理课程设计实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简单模型机的微程序设计--计算机组成原理课程设计实验报告（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机组成原理课程设计实验报告课课 程程 设设 计计 报报 告告课程设计名称：课程设计名称：简单模型机的微程序设计简单模型机的微程序设计学学院院： 信息工程学院信息工程学院 学学 生生 姓姓名名： 班班级级： 学学号号： 成成绩绩： 指指 导导 教教师师： 开开 课课 时时间间： 学年第学年第 学期学期计算机组成原理课程设计实验报告1一一设计题目设计题目计算机组成原理课程设计简单模型机的微程序设计二二主要内容主要内容通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：1.计算机的硬件基本组成；2.计算机中机器指令的设计3.计算机中机器指令的执行过程；4.微程序控制器的工作原理。5.微指令的格式设计原则；在此
2、基础上设计可以运行一些基本机器指令的微程序的设计三三具体要求具体要求置数指令 IN 置数开关 SW（KD0KD7）的状态R0加法指令 ADD R0,，(addr)：(R0)+(addr)（R0） 存数指令 STA R0， （addr）：(R0)（addr）输出指令 OUT （addr）：(addr)输出设备“LED“跳转指令 JMP （addr）：addrPC数据传送指令 MOV RD，RS：(RS)(RD)与指令 AND RD，RS：(RS)与(RD)(RD)或指令 OR RD，(addr)：(RD)或(addr)(RD) 求反指令 NOT RD：/(RD) （RD）异或指令 XOR RD，
3、RS：(RS)异或(RD)(RD)计算机组成原理课程设计实验报告2四四进度安排进度安排共 1.5 周 11 天的时间，具体安排如下：12 天：对整个课程设计的内容做详细的讲解，并辅导学生完成课程设计指导书的学习，使其掌握和理解课程设计的核心内容；3 5 天：学生在机房学习熟悉课程设计所使用的仿真软件，并深入了解该仿真软件所实现 的模型机的指令系统（原有的 5 条指令）和微程序设计方法；69 天：在原有 5 条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令；1011 天：根据自己设计的微程序系统写出相应的课程设计实验报告；五成
4、绩评定五成绩评定六正文六正文一、模型机的 CPU 及系统硬件基本模型机的 CPU 及系统硬件组成如图 1 所示图图 1 1 模型机的模型机的 CPUCPU 及系统硬件组成及系统硬件组成各部件的功能及控制信号如下：运算器由算逻部件 ALU（8 位） 、暂存器 DR1、DR2 及通用寄存器等组成。ALU 的功能控制 信号为S3、S2、S1、S0、M、CN，可以实现 48 种算术和逻辑运算功能，如图 2 所示。图图 1 1 模型机的模型机的 CPUCPU 及系统硬件组成及系统硬件组成计算机组成原理课程设计实验报告3各部件的功能及控制信号如下：运算器由算逻部件 ALU（8 位） 、暂存器 DR1、DR
5、2 及通用寄存器等组成。ALU 的功能控制信号为 S3、S2、S1、S0、M、CN，可以实现 48 种算术和逻辑运算功能，如 图 2 所示。运算器为单总线结构，其输入端分别连接到暂存器 DR1 和 DR2，其装入数据 的微命令分别为 LDDR1 和 LDDR2，当它们为 1 电平时由节拍脉冲 T4 将数据总线上的数 据装入相应的暂存器。R0、R1、R2 为通用寄存器。R0 的装入数据的微命令为 LDR0，R1 的装入数据的微命令为 LDR1，R2 的装入数据的微命令为 LDR2。299 为实现移位运算的 装置，当 299B 微命令有效时，其数据端和数据总线连接。控制器由程序计数器 PC、指 令
6、寄存器 IR、地址寄存器 AR、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。计算机组成原理课程设计实验报告4程序计数器 PC 的功能是存放下一条指令的地址，其输出是向地址寄存器提供要将 执行的指令在存储器中的地址。在提供地址后立即加 1，指向指令的下一个字节或下一 条指令的地址。其控制微命令有三个。当 LOAD=0 而 LDPC=1 时，由 T4 的正跳变将数据 总线上的数据装入 PC；当当 LOAD=1 而 LDPC=1 时 PC 的内容加 1；当 PCB=1 时，PC 中的 地址信息送到数据总线上。指令寄存器 IR 用于存放当前执行的指令。当微命令 LDIR=1 时，由节拍脉冲 T3 将 数
7、据总线上的数据装入。地址寄存器 AR 存放要从存储器中读出的数据或指令的地址或要向存储器写入数据 或指令的地址。当微命令 LDAR=1 时，由节拍脉冲 T3 将数据总线上的数据装入。存储器 RAM 用于存放程序和数据。当片选信号 CE=0 时，如果 W/R 为 0，则根据 AR 中的地址，从存储器读出数据并送到数据总线上；如果 W/R 为 1，则根据 AR 中的地址， 向存储器中写入数据总线上的数据。片选信号 CE 是由微指令中的有关字段（B1B0）译 码产生的。模型机有两个外部设备：输入设备是置数开关 SW，用于设置数据或地址，当微命 令 SWB=0 时，设置的数据送到数据总线上；SWB 也
8、是由微指令中的有关字段（B1B0）译 码产生的。输出设备是两位 LED 数码管，当微命令 LEDB=1 时，数据总线上的数据送到 数码管显示。二、基本模型机的指令设计根据基本模型机的硬件设计五条机器指令：外设输入指令 IN、二进制加法指令ADD、存数指令 STA、输出到外设指令 OUT，无条件转移指令 JMP。指令格式如下：助记符 机器指令码 说 明IN 0000 0000 ； 置数开关 SW（KD0KD7）的状态R0ADD addr 0001 0000 ； (R0)+(addr)（R0） STA addr 0010 0000 ； (R0)（addr）OUT addr 0011 0000 ；
9、(addr)输出设备“LED“JMP addr 0100 0000 ； addrPC说明：指令 IN 为单字节指令，其余均为双字节指令， 为要读写计算机组成原理课程设计实验报告5的主存储器单元的二进制地址码。三、指令微流程分析这十条指令的微流程图如图所示010220PCARPC+1RAMBUSBUSIRP(1)测试INNOTSTAOUTJMPMOVANDORANDXOR10111213141516171819SWR001PCARPC+103RAMBUSBUSARRAMBUSBUSDR2040101PCARPC+107RAMBUSBUSAR08R0BUSBUSRAMPCARPC+109RAMBU
10、SBUSAR0ARAMBUSBUSDR1PCARPC+10CRAMBUSBUSPCR0DR1R0DR10DDR1R0PCARPC+1R1DR1R0DR1RAMBUSBUSARR1DR2RAMBUSBUSDR2DR1 异或DR2R1求反DR1R10E19 0F运行微程序PCARPC+1DR1 与DR2R1R1DR21A1B1E1F01R0DR1R1DR2DR1 异或DR2R1XOR1F20计算机组成原理课程设计实验报告61D090C0D0E1A1E 270A0F1B20R0DR10506(D1+DR2)R001010101010BDR1LEDR1DR1DR1 或 DR2R11C01102CE 有
11、效W/R=0LDIRP(1)测试INADDSTAOUTJMPMOVANDORNOTXOR1011121514131617180CSWB有效LDRi0101PCBLDARLDPC03CE 有效W/R=0LDAR04CE 有效W/R=0LDDR2PCBLDARLDPCCE 有效W/R=0LDARR0BCE 有效W/R=1PCBLDARLDPCCE 有效W/R=0LDARCE 有效W/R=0LDDR1PCBLDARLDPCCE 有效W/R=0LOADR0B 有效LDDR1PCBLDARLDPCCE 有效W/R=0LDARALU 做 异或 LDRi ALUBR1B LDDR1R0B LDDR1RDB
12、有效ALU 做反运算LDRiALUB01 01CE 有效W/R=0LDDR2R0BLDDR1R1BLDDR2ALU 做与LDRiALUBALU 做或LDRiALUB0807运行微程序 01PCBLDARLDPCR0BLDDR1R1BLDDR1XOR191F01计算机组成原理课程设计实验报告70B1C1D四编写微程序00:00 01:10 02:00 03:00 04:01 05:10 06:01 07:00 08:01 09:10 0A:11 0B:01 0C:01 0D:01 0E:11 0F:01 10:01 11:11 12:11 13:01 14:00 15:0101010101 01
13、05R0B 有效LDDR106ALU 做加LDRiALUBALUBLEDBALU=AW/R=1ALU 做或LDRiALUBR0B 有效LDDR101ALU做异或LDRiALUB0120用数据流表示的微程序流程用数据流表示的微程序流程计算机组成原理课程设计实验报告816:10 17:10 18:10 19:11 1A:11 1B:00 1C:01 1D:01 1E:01 1F:00 20:01此后就可以手动地用开关将微程序输入机器的控存。然后将控存的启动地址置为 0，运行微程序，将要执行的测试程序存入主存，也可从主存中读出指令，检查输入的 指令是否正确。下面是利用该软件设计的微程序编码及各条微指
14、令的功能分析。注意第一条微指令的微地址为 01H，其它各条微指令的微地址都由上一行文字最后的数字（16 进制） 指定。微指令 10 执行的操作是：PCB,LDAR,允许 PC 加 1(LDPC=1),转微地址：02 微指令 00 执行的操作是：存储器 CE 有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：10 微指令 01 执行的操作是：输入开关 SWB 有效,LDR0,转微地址：01 微指令 10 执行的操作是：PCB,LDAR,允许 PC 加 1(LDPC=1),转微地址：02 微指令 00 执行的操作是：存储器 CE 有效,存储器读,LDIR,P(1)测
15、试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：11 微指令 11 执行的操作是：PCB,LDAR,允许 PC 加 1(LDPC=1),转微地址：03 微指令 00 执行的操作是：存储器 CE 有效,存储器读,LDAR,转微地址：04 微指令 01 执行的操作是：存储器 CE 有效,存储器读,LDDR2,转微地址：05 微指令 10 执行的操作是：R0B,LDDR1,转微地址：06计算机组成原理课程设计实验报告9微指令 01 执行的操作是：算术:A 加 B,ALUB,LDR0,转微地址：01 微指令 10 执行的操作是：PCB,LDAR,允许 PC 加 1(LDPC=1),转微地址：02 微指令 00 执行的操作是：存储器 CE 有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：12 微指令 11 执行的操作是：PCB,LDAR,允许 PC 加 1(LDPC=1),转微地址：07 微指令 00 执行的操作是：存储器 CE 有效,存储器读,LDAR,转微地址：08 微指令 01 执行的操作是：存储器 CE 有效,写存储器,R0B,转微地址：01 微指令
