1、微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄1設(shè)計(jì)目的32設(shè)計(jì)內(nèi)容33具體要求34設(shè)計(jì)方案35 調(diào)試過(guò)程.116 心得體會(huì).12微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、 設(shè)計(jì)目的1) 鞏固和深刻理解“計(jì)算機(jī)組成原理”課程所講解的原理，加深對(duì)計(jì)算機(jī)各模塊協(xié)同工作的認(rèn)識(shí)2) 掌握微程序設(shè)計(jì)的思想和具體流程、操作方法。3) 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作和創(chuàng)新思維的能力，取得設(shè)計(jì)與調(diào)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。4) 嘗試?yán)镁幊虒?shí)現(xiàn)微程序指令的識(shí)別和解釋的工作流程二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容按照要求設(shè)計(jì)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)行加、減運(yùn)算和無(wú)條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲(chǔ)器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。三、 設(shè)計(jì)要求

2、1) 仔細(xì)復(fù)習(xí)所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，掌握微程序設(shè)計(jì)的思想，并根據(jù)掌握的理論寫出要設(shè)計(jì)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。2) 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3) 將所設(shè)計(jì)的微程序在虛擬環(huán)境中運(yùn)行調(diào)試程序，并給出測(cè)試思路和具體程序段4) 嘗試用C或者Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)的加載、識(shí)別和解釋功能。5) 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四、 設(shè)計(jì)方案1) 設(shè)計(jì)思路按照要求設(shè)計(jì)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)行加、減運(yùn)算和無(wú)條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲(chǔ)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

3、位控制位分別介紹如下： XRD ： 外部設(shè)備讀信號(hào)，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號(hào)，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。 EMWR： 程序存儲(chǔ)器EM寫信號(hào)。 EMRD： 程序存儲(chǔ)器EM讀信號(hào)。 PCOE： 將程序計(jì)數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。 EMEN： 將程序存儲(chǔ)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(chǔ)器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計(jì)數(shù)器uPC。 EINT： 中斷返回時(shí)清除中斷響應(yīng)和中斷請(qǐng)求標(biāo)志，便于下次中斷。 ELP： PC打入允許，與指令寄存器的IR3、IR2位結(jié)合，控制程序跳轉(zhuǎn)。 MA

4、REN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。 MAROE：將地址寄存器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)送到輸出端口寄存器OUT里。 STEN： 將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。 RRD： 讀寄存器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。 RWR： 寫寄存器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。 CN： 決定運(yùn)算器是否帶進(jìn)位移位，CN=1帶進(jìn)位，CN=0不帶進(jìn)位。 FEN： 將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器。 X2：X1：X0: X2、X1、X0三位組合來(lái)譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。具體如下：X

5、2 X1 X0輸出寄存器0 0 0IN_OE 外部輸入門0 0 1IA_OE 中斷向量0 1 0ST_OE 堆棧寄存器0 1 1PC_OE PC寄存器1 0 0D_OE 直通門1 0 1R_OE 右移門1 1 0L_OE 左移門1 1 1沒有輸出 WEN： 將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄存器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(yùn)算。 具體如下：S2 S1 S0功能0 0 0A+W 加0 0 1A-W 減0 1 0A|W 或0 1 1A&W 與1 0 0A+W+C 帶進(jìn)位加1 0 1A-W-C 帶進(jìn)位減1

6、 1 0A A取反1 1 1A 輸出A模型機(jī)的尋址方式分五種： 累加器尋址： 操作數(shù)為累加器A，例如“CPL A”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寄存器OUT。 寄存器尋址： 參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)在R0-R3的寄存器中，例如 “ADD A，R0”指令是將寄存器R0的值加上累加器A的值，再存入累加器A中。 寄存器間接尋址：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器EM中，數(shù)據(jù)的地址在寄存器R0-R3中，例如 “MOV A，R1”指令是將寄存器R1的值做為地址，把存儲(chǔ)器EM中該地址的內(nèi)容送入累加器A中。 存儲(chǔ)器直接尋址：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器EM中，數(shù)據(jù)的地址為

7、指令的操作數(shù)。例如“AND A，40H”指令是將存儲(chǔ)器EM中40H單元的數(shù)據(jù)與累加器A的值做邏輯與運(yùn)算，結(jié)果存入累加器A。 立即數(shù)尋址： 參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)為指令的操作數(shù)。例如 “SUB A，#10H”是從累加器A中減去立即數(shù)10H，結(jié)果存入累加器A。2) 程序清單MOV A,#01H 立即數(shù)尋址，傳送指令，將01h傳送給累加器aLOOP:MOV R0,#01H 立即數(shù)尋址，將01h傳送給r0ADD A,R0 寄存器尋址，加法操作，將r0的值與a相加，結(jié)果存入a中SUB A,R0 寄存器間接尋址，減法將R0的值當(dāng)作是內(nèi)存地址，再將此地址的值與A相減，最后放入A。ADD A,01H 存儲(chǔ)器直接尋址，

8、尋找出01地址中的值， 用A和此地址的值相加，最后放入ACPL A 累加器尋址，將a的值取反OUTJMP LOOP /無(wú)條件跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到LOOP3) 指令流程圖MOV A,#01HPC>MAR(PC+1>PC)MAR>EMEM>IR 、uPCEM>A（PC+1>PC）PC>MAR(PC+1>PC)MOV R0,#01HMAR>EMEM>IR 、uPCEM>R0（PC+1>PC） PC>MAR(PC+1>PC)MAR>EMEM>IR 、uPCW+A>A（PC+1>PC）R0>WADD

9、 A,R0 PC>MAR(PC+1>PC)SUB A,R0MAR>EMEM>IR 、uPCR0>MARMAR>EMA-W>A（PC+1>PC）EM>WA-W>A（PC+1>PC）PC>MAR(PC+1>PC) ADD,02H MAR>EMEM>IR 、uPCEM>MAR02H>EMEM>WA&W>A（PC+1>PC）CPPC>MAR(PC+1>PC) MAR>EMEM>IR 、uPCA>A（PC+1>PC） OUTPC>MAR

10、(PC+1>PC)MAR>EMEM>IR 、uPCA>OUT（PC+1>PC）JMP LOOPPC>MAR(PC+1>PC)MAR>EMEM>IR 、uPCIR>PC（PC+1>PC）五、 調(diào)試過(guò)程1) 指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)本指令系統(tǒng)涉及8條指令，分別完成數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行加、減和無(wú)條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲(chǔ)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(jì)如下：2) 微程序設(shè)計(jì) 將窗口切換到“uM微程序”窗口，設(shè)計(jì)每條指令的微程序。 每個(gè)程序開始要執(zhí)行的第一條微指令應(yīng)是取指操作，因?yàn)槌绦驈?fù)位后，PC和uPC

11、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(chǔ)器EM中讀出下條將要執(zhí)行的指令，并將指令的機(jī)器碼存入指令寄存器IR和微程序計(jì)數(shù)器uPC中，讀出下條操作的微指令。取指設(shè)計(jì)如下（CBFFFF）：MOV A，#01H 這條指令是把立即數(shù)1從存儲(chǔ)器EM中取出，放入累加器A中。微程序設(shè)計(jì)如下（C7FFF7）：MOV R0,#01H這條指令是把立即數(shù)1從存儲(chǔ)器EM中取出，放入寄存器R0中。微程序設(shè)計(jì)如下(C7FBFF);ADD A,R0這條指令是寄存器尋址，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(gè)指令周期。微程序設(shè)計(jì)如下：第一步，把R0 的值

12、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SUB A,R0 這條指令是寄存器間接尋址，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(gè)指令周期。微程序設(shè)計(jì)如下：第一步，把R0 的值放入地址寄存器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CPL A 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：JMP LOOP六、 心得體會(huì)這次微程序程序設(shè)計(jì)主要是要求我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)指令系統(tǒng)，其中包含加，減，數(shù)據(jù)傳送和無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令操作，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲(chǔ)器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。在通過(guò)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，大概理解了各種指令操作和尋址方式。學(xué)會(huì)了能靈活理解他們之間的關(guān)系，包括像操