计算机组成原理课设报告微程序控制器设计

目录

第一章设计任务与要求 3 1.1 设计内容 3 1.2 具体要求 3 1.3 设计环境 4 第二章设计方案 5 2.1 设计思路 5 2.2 微指令格式 6 2.3 指令流程图及其微程序清单 6 第三章调试过程 9 3.1 实验步骤 6 3.2 出现的问题与解决办法 15 小结 15 参考资料 16

1.1 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。

1.2 具体要求

1．详细了解并掌握COP 2000模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现

该模型机指令系统的特点：COP2000模型机指令的最低两位(IR0和IR1)用来寻址R0~R3四个寄存器；IR2和IR3与ELP微控制信号，Cy和Z两个程序状态信号配合，控制PC的置数即程序的转移。各种转移的条件判断逻辑如下所示：PC 置数逻辑

当ELP=1时，不允许PC被预置

当ELP=0时

当IR3=1时，无论Cy和Z什么状态，PC被预置

当IR3=0时

若IR2=0，则当Cy=1时PC被预置

若IR2=1，则当Z=1时PC被预置

（1）模型机的寻址方式分五种：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；

（2）模型机有一些缺省的指令集，分几大类：算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。

（3）模型机的指令集有：

算术运算指令：ADD A, R? ADD A@R? ADD A, MM ADD A, #II

SUB A, R? SUB A, @R? SUB A, MM SUB A, #II

数据传输指令：MOV A, R? MOV A, @R? MOV A, MM MOV A, #II MOV R?, A MOV @R?, A MOV MM, A MOV R?, #II

输入/输出指令: IN OUT

跳转指令：JMP MM

移位指令：RR A RL A RRC A RLC A NOP

中断返回指令：RETI

该模型机微指令系统的特点（包括其微指令格式的说明等）：

COP2000 模型机的微指令字长为24 位，全部为操作控制部分，不含顺序控制字段。微指令编码采用直接表示法，微地址形成采用计数器方式。微指令格式为水平型微指令。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位控制位作用分别如下：

表-2 S 2S 1S 0功能表 表-3 X 2X 1X 0功能表

1.3设计环境

伟福COP2000型计算机组成原理实验仪，微机，相关虚拟软件。

第二章设计方案

2.1 设计思路

根据所编写的指令系统的内容要求，首先用MOV指令给寄存器和累加器传送立即数，实现立即数寻址。再用寄存器寻址方式，把寄存器的数据传送到另一个累加器，用ADD指令对两者进行相加运算。用寄存器间接寻址方式，把寄存器里的数据作为地址，将这个地址对应的存储器里的数据传送到累加器，利用mov r，a 和text，jmp，jz等指令实现在存储器中存储一系列的数据。

微指令的的基本格式由操作控制字段和顺序控制字段组成，而此模型机只由操作控制字段组成，24位操作控制信号排列

2.2设计的指令系统

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。

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

2.3 指令流程图及其微程序清单

MOV A,#01H

PC—>MAR

(PC+1—>PC)

MAR—>EM

EM—>IR 、uPC

EM—>A

（PC+1—>PC）

MOV R0,#01H

ADD A,R0

SUB A,@R0

ADD,02H

Col a OUT

JMP LOOP

PC—>MAR

(PC+1—>PC)

MAR—>EM

EM—>IR 、MOV

IR—>PC

（PC+1—>PC）

第三章调试过程

3.1 实验步骤

（1）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）：

1) 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）：

2) 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);