微程序設(shè)計(jì) 組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

目錄錯(cuò)誤!未找到引用源。成績(jī)?cè)u(píng)定表1.2錯(cuò)誤!未找到引用源。成績(jī)?cè)u(píng)定表2.3錯(cuò)誤!未找到引用源。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.4一、摘要.5二、微程序控制器原理.5三、總體設(shè)計(jì)（系統(tǒng)構(gòu)成）.6四、詳細(xì)設(shè)計(jì).7五、測(cè)試.13六、設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法.17七、結(jié)論.18八、參考文獻(xiàn).18九、個(gè)人總結(jié).18本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)題目微程序設(shè)計(jì)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程年級(jí)2008已知參數(shù)和設(shè)計(jì)要求:用微程序控制器實(shí)現(xiàn)以下指令功能調(diào)用:CALLaddr；指令功能與80X86相同，addr是8位二進(jìn)制地址返回:RET存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送:MOVmemi,memj；memi(memj),ij，memi內(nèi)存單元地址帶右移的加法運(yùn)算:ADDRi,Rj,N；Ri(Ri)+(Rj)N，Rj中內(nèi)容不變N=0-7學(xué)生應(yīng)完成的工作:根據(jù)模型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)路徑以及微程序控制器的工作原理，設(shè)計(jì)各指令格式以及編碼，并實(shí)現(xiàn)各機(jī)器指令微代碼，根據(jù)定義的機(jī)器指令，自擬編寫包含以下指令的應(yīng)用程序。參考實(shí)驗(yàn)5.3、6.1。上機(jī)調(diào)試并輸出正確結(jié)果，給出完整的設(shè)計(jì)報(bào)告。目前資料收集情況(含指定參考資料):計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書計(jì)算機(jī)組成和設(shè)計(jì),DavidA.Patterson編,清華大學(xué)出版社,2003年12月計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu),WilliamStallings編,高等教育出版社,2001年8月計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu),李亞民編,清華大學(xué)出版社,2000年4月課程設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃:序號(hào)課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度起止日期1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書下發(fā)2010.12.62文獻(xiàn)查閱和資料準(zhǔn)備2010.12.6-2010.12.203課程設(shè)計(jì)編碼的設(shè)計(jì)與測(cè)試2011.1.4-2011.1.54撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告和設(shè)計(jì)驗(yàn)收2011.1.6-2011.1.9任務(wù)下達(dá)日期2010年12月6日完成日期2011年1月9日指導(dǎo)教師(簽名)學(xué)生(簽名)一.摘要利用CPU與簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中所學(xué)到的實(shí)驗(yàn)原理以及編程思想，硬件設(shè)備，自擬編寫指令的應(yīng)用程序，用微程序控制器實(shí)現(xiàn)了一系列的指令功能。分析了本次課程設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)得指令，并結(jié)合前幾次實(shí)驗(yàn)所學(xué)知識(shí)，我們選擇了簡(jiǎn)單模型機(jī)來(lái)完成此次設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的CPU，并且在此CPU的基礎(chǔ)上，繼續(xù)構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的模型計(jì)算機(jī)。完成了各指令的格式以及編碼的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了各機(jī)器指令微代碼，形成具有一定功能的完整的應(yīng)用程序CPU在寫入相應(yīng)的微指令后，就具備了執(zhí)行機(jī)器指令的功能。在本設(shè)計(jì)中完成了基本的數(shù)據(jù)輸入輸出（IN,OUT），帶左移的加法運(yùn)算(ADDRi,Rj,N；Ri（Ri）+（Rj）N，Rj中內(nèi)容不變)，存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳送(MOVmemi,memj)以及CALL與RET指令的實(shí)現(xiàn)。整個(gè)過(guò)程可分為分析功能，設(shè)計(jì)程序流程圖，編寫微指令，編寫微程序，聯(lián)機(jī)輸入調(diào)試幾部分。關(guān)鍵詞：微程序控制器原理設(shè)計(jì)流程圖微指令編碼編寫微程序二、微程序控制器原理2.1設(shè)計(jì)要求用微程序控制器實(shí)現(xiàn)以下指令功能，設(shè)計(jì)各指令格式以及編碼，并實(shí)現(xiàn)各機(jī)器指令微代碼，根據(jù)定義的機(jī)器指令，自擬編寫包含以下指令的應(yīng)用程序。參考實(shí)驗(yàn)5.3、6.1，在此基礎(chǔ)上增加如下指令調(diào)用：CALLaddr；指令功能與80X86相同，addr是8位二進(jìn)制地址返回：RET；返回存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送：MOVmemi,memj；memi(memj),ij，memi內(nèi)存單元地址帶左移的加法運(yùn)算：ADDRi,Rj,N；Ri（Ri）+（Rj）N，Rj中內(nèi)容不變2.2微程序設(shè)計(jì)的基本思想將微操作用微指令表示，固化在存儲(chǔ)單元，編制對(duì)機(jī)器指令進(jìn)行取指、譯碼和執(zhí)行的微指令序列（微程序），執(zhí)行該微程序，完成該機(jī)器指令的執(zhí)行。其基本結(jié)構(gòu)如下：圖12.3設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)思想要實(shí)現(xiàn)以上指令功能，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，我們選擇簡(jiǎn)單模型機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的核心是一個(gè)簡(jiǎn)單的cpu,cpu由運(yùn)算器（ALU），微程序控制器（MC），通用寄存器（R0）,指令寄存器（IR）,程序計(jì)數(shù)器(PC)和地址寄存器(AR)組成。這個(gè)CPU在寫入相應(yīng)的微指令后，就具備了執(zhí)行機(jī)器指令的功能，但是機(jī)器指令一般存放在主存當(dāng)中，CPU必須和主存掛接后，才有實(shí)際的意義，所以還需要在該CPU的基礎(chǔ)上增加一個(gè)主存和基本的輸入輸出部件，以構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的模型計(jì)算機(jī)。其基本組成如下圖所示：圖2系統(tǒng)的程序計(jì)數(shù)器（PC）和地址寄存器（AR）集成在一片CPLD芯片中。CLR連接至CON單元的總清端CLR，按下CLR按鈕，將使PC清零，LDPC和T3相與后作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，當(dāng)LOAD為低時(shí)，計(jì)數(shù)時(shí)鐘到來(lái)后將CPU內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)打入PC。此次設(shè)計(jì)，本機(jī)模型共實(shí)現(xiàn)七條指令：IN(輸入)，OUT(輸出)，ADDR(帶左移的加法)，CALL(調(diào)用)，RET(返回)，MOVmem1,mem2(移動(dòng))，HLT(停機(jī))。三、總體設(shè)計(jì)（系統(tǒng)構(gòu)成）分析理解完設(shè)計(jì)要求過(guò)后，利用cpu的運(yùn)算器（ALU），微程序控制器（MC），通用寄存器（R0）,指令寄存器（IR）,程序計(jì)數(shù)器(PC)和地址寄存器(AR)等各個(gè)功能部件，完成以下步驟，實(shí)現(xiàn)微程序設(shè)計(jì)。錯(cuò)誤!未找到引用源。.通過(guò)分析cpu各個(gè)功能部件之間的關(guān)系，根據(jù)所選模型機(jī)，連接電路。錯(cuò)誤!未找到引用源。.根據(jù)數(shù)據(jù)通路，寫出每條指令的執(zhí)行過(guò)程，畫出微程序流程圖。錯(cuò)誤!未找到引用源。.根據(jù)微程序流程圖，參照A,B,C字段的含義，設(shè)計(jì)微指令。錯(cuò)誤!未找到引用源。.編寫機(jī)器指令微代碼和微指令程序。錯(cuò)誤!未找到引用源。.通過(guò)聯(lián)機(jī)操作方式，輸入程序并測(cè)試。四、詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1步驟一:選擇并連接電路因?yàn)檫x擇的是簡(jiǎn)單模型機(jī)，則參照以下簡(jiǎn)單模型機(jī)電路圖連接電路：連線完成后，仔細(xì)檢查是否有錯(cuò)連，漏連以及反連的情況，確認(rèn)無(wú)誤后，打開電源，聽是否有“滴滴”的報(bào)警聲，若沒(méi)有，則連線完成。4.2步驟二:根據(jù)需要設(shè)計(jì)的指令，畫出微程序流程圖分析指令，根據(jù)計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程，結(jié)合取址階段，執(zhí)行階段cpu的各個(gè)工作，設(shè)計(jì)出以下微程序流程圖：圖34.3步驟三：根據(jù)微程序流程圖，參照A,B,C字段的含義，設(shè)計(jì)微指令利用程序計(jì)數(shù)器作為每一個(gè)小節(jié)程序段的開始，當(dāng)擬定“取指”指令后，利用P字段進(jìn)行判別測(cè)試各個(gè)指令的程序入口。微指令格式及A,B,C字段含義如下：0B30A1R0A+BR0R0RR0BR0ANOPPCARPC+1PCR0OUTBPCINARINARPCB#MEMR0MEMPCR0MEMINR0NOPPCARPC+1PCMEMIRP01010101010101ADDINOUTHLTMOVCALLRET0001033030040506073233353A08090A3E3C圖4其中MA5MA0為6位的后續(xù)微地址，A、B、C為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。C字段中的P為測(cè)試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)完成對(duì)指令的識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)微程序的分支，S3-S0的具體功能如下圖：根據(jù)以上指令格式以及程序流程圖的設(shè)計(jì)，將每條指令微代碼化，結(jié)果如下：地址十六進(jìn)制高五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D430000000001101011010000110310707000010000011100000111000030001404000000000001010000000100040024050000000000100100000001010504B206000000001010001000000110060014070000010000010100000001110703B2010000000010100010000000013218300100011011001100000000000133280401001010000000010000000001350000350000000000000000001101013A186008000110000110000000001000081030190001000000110000000010010918600A0001100001100000000010100A2004010010000000000100000000013E006D4B0000000001101101010010110B002C0C0000000000101100000011000C1051410000000001010001010000013C00D341001100001101001101000001將其化為十六進(jìn)制微程序如下：$M00000001；NOP$M01006D43；PC-AR,PC+1$M03107070；MEM-IR,P；/帶左移的加法/$M30001404；R0-A$M04002405；R0-B$M0504B206；A+B-R0$M06001407；R0-A$M0703B201；AR0；/IN/$M32183001；IN-R0；/OUT/$M33280401；R0-OUT；/HLT停機(jī)/$M35000035；NOP；/MOV/$M3A186008；IN-AR$M08103009；MEM-R0$M0918600A；IN-AR$M0A200401；R0-MEM；/CALL/$M3E006D4B；PC-AR,PC+1$M0B002C0C；PC-B$M0C105141；MEN-PC；/RET/$M3C00D341