计算机组成原理课程设计(微程序)报告

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目录

5 调试过程 (11)

6 心得体会 (12)

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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。

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三、设计要求

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)尝试用C或者Java语言实现所设计的

指令系统的加载、识别和解释功能。

5)撰写课程设计报告。

四、设计方案

1)设计思路

按照要求设计指令系统，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、存储器直接第 4 页共22 页

寻址、立即数寻址等五种寻址方式。从而可以想到如

下指令：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：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。

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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内部的标志寄存第 6 页共22 页

器A，例如“CPL A”是将累加器A值取

反，还有些指令是隐含寻址累加器A，例

如“OUT”是将累加器A的值输出到输出

端口寄存器OUT。

寄存器寻址：参与运算的数

据在R0-R3的寄存器中，例如“ADD

A，R0”指令是将寄存器R0的值加上累

加器A的值，再存入累加器A中。

寄存器间接寻址：参与运算的数

据在存储器EM中，数据的地址在寄存

器R0-R3中，例如“MOV A，@R1”指

令是将寄存器R1的值做为地址，把存

储器EM中该地址的内容送入累加器

A中。

存储器直接寻址：参与运算的数

据在存储器EM中，数据的地址为指令

的操作数。例如“AND A，40H”指令是第10 页共22 页

将存储器EM中40H单元的数据与累加

器A的值做逻辑与运算，结果存入累加

器A。

立即数寻址：参与运算的数

据为指令的操作数。例如“SUB A，

#10H”是从累加器A中减去立即数

10H，结果存入累加器A。

2)程序清单

MOV A,#01H 立即数寻址，传送指令，将01h传送给累加器a

LOOP:

MOV R0,#01H 立即数寻址，将01h传送给r0

ADD A,R0 寄存器寻址，加法操作，将r0的值与a 相加，结果存入a中

SUB A,@R0 寄存器间接寻址，减法将R0的值当作是内存地址，再将此地址

的值与A相减，最后放入A。

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2) 微程序设计

将窗口切换到“uM 微程序”窗口，设计每条指令的微程序。

每个程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，因为程序复位后，PC 和uPC 的值都为0，所以微程序的0地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。取指操作要做的工作是从程序存储器EM 中读出下条将要执行的指令，并将指令的机器码存入指令寄存器IR 和微程序计数器uPC 中，读出下条操作的微指令。取指设计如下（CBFFFF

）：

MOV A ，#01H 这条指令是把立即数1从存储器