计算机组成原理课程设计(微程序)报告

微程序控制器的设计与实现

目录

1设计目的 (3)

2设计容 (3)

3具体要求 (3)

4设计方案 (3)

5 调试过程 (11)

6 心得体会 (12)

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。

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部的标志寄存器。

X2：X1：X0: X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS

WEN：将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。

AEN：将数据总线DBUS的值打入累加器A中。

S2：S1：S0: S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。

模型机的寻址方式分五种：

累加器寻址：操作数为累加器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的值当作是存地址，再将此

地址的值与A相减，最后放入A。

ADD A,01H 存储器直接寻址，寻找出01地址中的值，

用A和此地址的值相加，最后放入A

CPL A 累加器寻址，将a的值取反

OUT

JMP LOOP //无条件跳转，跳转到LOOP

3)指令流程图

MOV A,#01H

MOV R0,#01H ADD A,R0

SUB A,R0

ADD,02H

CPＬＡ

JMP LOOP

五、调试过程

1)指令系统设计

本指令系统涉及8条指令，分别完成数据传送，进行加、减和无条件转移，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。

具体指令设计如下：

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EM中取出，放入累加器A 中。微程序设计如下（C7FFF7）：

MOV R0,#01H这条指令是把立即数1从存储器EM中取出，放入寄存器R0中。微程序设计如下(C7FBFF);

ADD A,R0这条指令是寄存器寻址，将R0的值取出放入W中与A相加，