微程序控制器的设计与实现.doc

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1、计算机原理课程设计报告微程序控制器的设计与实现一、设计目的1、巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程所讲解的原理，加深对计算机各模块协同工作的认识。2、掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。3、培养学生独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。4、尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程。二、设计内容按照要求设计一指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。三、设计具体要求1、仔细复习所学过的理论知识，掌握微程序设计的思想，并根、据掌握的理论写出要设计的

2、指令系统的微程序流程。指令系统至少要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。2、根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序3、将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序，并给出测试思路和具体程序段4、撰写课程设计报告。-18-计算机原理课程设计报告四、设计环境1、伟福COP2000型组成原理实验仪，COP2000虚拟软件。2、VC开发环境或者Java开发环境。五、设计方案（1）设计思想编写一个指令系统，根据所编写的指令的功能来设计相应的微程序。首先利用MOV传送指令来给寄存器和累加器传送立即数，实现立即数寻址；利用寄存器寻址方式，用ADDC指令对两者进行相加运算；利用寄存器间接

3、寻址方式，用SUB指令实现减运算；利用累加器寻址方式，用CPL指令实现对累加器寻址；利用存储器寻址方式，用JMP指令实现程序的无条件跳转。这样，所要设计的指令系统的功能就全部实现了。（2）微指令格式采用水平微指令格式的设计，一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令。其一般格式如下：控制字段判别测试字段下地址字段按照控制字段的编码方法不同，水平型微指令又分为三种：全水平型(不译法)微指令，字段译码法水平型微指令，以及直接和译码相混合的水平型微指令。（3）24个微指令的意义COP2000模型机包括了一个标准CPU所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A

4、、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右-18-计算机原理课程设计报告移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。相比而言8位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。模型机

5、的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数。指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有24位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。24位控制位分别介绍如下：XRD：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。EMWR：程序存储器EM写信号。EMRD

6、：程序存储器EM读信号。PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。EMEN：将程序存储器EM-18-计算机原理课程设计报告与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPC。EINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。OUTEN：将数据

7、总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。STEN：将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器。X2：X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。如下表所示：X2X1X0输出寄存器000IN_OE外部输入门001