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1、刖言通过对计算机组成原理及实验的学习，设计机器指令，并编写相应的微程序， 完成有基本单元构成一台基本模型机，在经过调试指令和模型机使其在微程序的 控制下自动生产各部件的正常工作信号。在设计模型机的实验过程中，个别部件单元的控制信号是人为模拟产生的， 而课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现带进位加法 和立即数寻址方式的指令功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器 来完成，CPU从内存中取出一条指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令来 完成，即一条指令对应一条微程序。本课程设计以辉煌计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。1、根据任务要求设计整机的方案。2、存储系
2、统:使用模型机的存储模块，说明存储器的输入输出时序，模块连 接方式等。3、微程序控制器模块：使用教学机的系统，设计程序控制器。4、设计模块指令系统：（含设计微指令格式、微程序流程图，每条指令所对 应的微程序等）。5、了解并说明教学模型机的输入输出模块。6、在自己设计的指令系统基础上，编制一个汇编语言小程序并进行调试通 过。7、整机设计模块进行，说明模块中数据和控制信号的来源、去向、功能、 时序，以及模块间数据和控制信号的来源、去向、时序等。摘要本次课程设计课题是带进位加法和立即数寻址方式的模型机的设计与实现， 该设计要求根据计算机组成原理课程所学知识，设计，开发一套简单的模型计算 机。通过对一
3、个简单计算机的设计，已达到对计算机的基本组成、部件的功能与 设计、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解， 加深对理论课程的理解。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课 程学到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机时间和空间概念的理解。部件实验过程中，本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控 制信号，实现特定指令的功能，通过设计流程图，编写机器指令，微程序和控制 信号程序。首先向存储器中装入数据和程序，然后检查写入是否正确，启动程序 执行，并将实验结果显示出来。关键词：模型机运算器 存储系统 程序指令目录前言1摘要2第1章设计分析41、问题描述42
4、、设计目标43、指令格式44、准备知识44.1、 微指令格式44.2、 指令译码电路54.3、寄存器译码电路6第二章设计微指令71、设计微指令71.1、画出微程序流程图71.2、设计微指令81.3、微程序代码81.4、工作程序的设计91.5、指令实现信号101.6、程序运行结果10第3章 建立联机操作文件11第4章连接实验线路12第5章运行与调试131、 系统与PC机联机132、 下载工作程序和微程序133、 运行 13第6章 实验心得与总结14参考资料：15第1章设计分析1、问题描述本题目设计的是一台具有输入、输出、带进位加法、储存和跳转功能的模型 计算机，并写出工作程序和测试数据验证所设计
5、的指令系统。2、设计目标在设计完本程序后，所设计模型机能够完成从一个外设输入一个数到指定的 寄存器中，另外输入立即数并将其存入另一个、寄存器中，两数进行进位相加并 将结果保存到第一个寄存器，输出结果，并显示。另外，实现无条件跳转至开始。3、指令格式表1指令格式表助记符号机器指令码功能IN0000 0000Input - R0ADC Imm1110 0000 XXXX XXXXR0+Imm+CY - R0STA addr0010 0000 XXXX XXXXR0 - addrOUT addr0011 0000 XXXX XXXXaddr - LEDJMP addr0100 0000 XXXX X
6、XXXaddr - PC4、准备知识4.1、微指令格式微指令字长共24位，其控制位顺序如下表所示:表22423222120191817161514131211109 8 7654321S3S2SISOMCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uAluAO表3A字段B字段C字段151413选择121110选择987选择000000000001LDRi001RS-B001P(1)010LDDR1010RD-B010P011LDDR2011RI-B011P(3)100LDIR100299-B100P101LOAD101ALU-B101AR110LDAR110PC-B110LDPC表中uA0uA
7、5为6位的下一条微指令的地址,A、B、C为3个译码字段，分 别由三个控制位译码出多位。C字段中的P(1)P(4)是四个测试字位。其功能是 根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实 现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图2所示。图中I7I2为指令寄 存器的72位输出，SE5SE1为微控器单元微地址锁存器的强制端输出。AR 为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。B字段中的RS-B、 R0-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通 信号，其功能是根据机器指令进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码，其 原理图如图3所示
8、，图中I0I3为指令积存器的第03位，LDRi为打入工作 寄存器信号的译码器使能控制位。4.2、指令译码电路4.3、寄存器译码电路图2寄存器译码电路图RI-B1 oI I-B RD-B s R32o RO-BEql rlIKKn io _ u图3微程序控制电路图1、设计微指令第二章设计微指令1.1、画出微程序流程图1.2、设计微指令表4设计的微指令微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCUA5.UA000000000011000000000000001010000000111101101100000100200000000110000000100100003000000001011000
9、00000010004000000011010001000000101051001010110011011010000010600000000111000000000011107000000101000001000000001080000000000010000000000010E0000000111101101100000110A0000000111101101100001100B0000000111101101100110000C0000000111101101100011010D000000001101000110000001180000000011100000000011110F000
10、000001010000000010101150000011100001010000000011.3、微程序代码根据以上编写的微程序，以及微指令代码化的方法得到的微程序代码为:$M00018001$M0101ED82$M0200C048$M0300B004$M0401A205$M05959B41$M0600E007$M07028201$M08001001$M0E01ED83$M0A01ED86$M0B01ED98$M0C01ED8D$M0D00D181$M1800E00F$M0F00A015$M15070A011.4、工作程序的设计将题目设计的模型机的指令用汇编语言描述其具体结构为:表5模型机
11、的指令用汇编语言描述其具体结构地址内容助记符说明0000 00000000 0000INInput - R00000 00011110 0000R0+Imm+cyADC Imm0000 00100000 1010-R00000 00110010 0000STA 0BHR0 - 0BH0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT 0BH0BH - LED0000 01100000 10110000 01110100 0000JMPAddr - PC0000 10000000 0001工作程序代码为:$P0000$P01E0$P020A$P0320$P040B$P0530$P060B$P0740$P080115、指令实现信号表6 指令实现信号助记符INPC-AR,PC+1RAM-BUS,BUS-IRINPUT-BUSADCPC-AR,PC+1RAM-BUS,BUS-DR2R0-DR1(DR1)+(DR2)+cy-R0STAPC-AR,PC+1RAM-BUS,BUS-ARR0-BUS,BUS-RAMOUTPC-AR,PC+1RAM-BUS,BUS-ARRAM-BUS,BUS-DR1D
