组成原理课程设计报告---微程序设计.docx

计算机组成原理课程设计报告微程序设计项目名称：微程序设计项目组员：陈飞 彭丽学生学号：2009540 20095400所在专业班级：2009级计算机科学与技术3班指导老师：钟将开发时间：2012年1月课程设计指导教师评定成绩表姓名：彭丽 学号：20095400项目分值优秀(100x90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(xx90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x60)评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准学习态度15学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力25设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题创新10有重大改进或独特见解，有一定实用价值有较大改进或新颖的见解，实用性尚可有一定改进或新的见解有一定见解观念陈旧论文(计算书、图纸)撰写质量50结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰指导教师评定成绩：指导教师签名： 年 月 日本科学生课程设计任务书课程设计题目微程序设计学院计算机学院专业计算机科学与技术3班年级2009已知参数和设计要求：用微程序控制器实现以下指令功能调用：calladdr ;指令功能与80x86相同，addr是8位二进制地址 返回：ret ；存储器到存储器传送：mov memi , memj; memi (memj), ij，memi内存单元地址带左移的加法运算：add ri , rj , n; ri （ri）+（rj）n ，rj中内容不变学生应完成的工作：根据模型计算机的数据路径以及微程序控制器的工作原理，设计各指令格式以及编码，并实现各机器指令微代码，根据定义的机器指令，自拟编写包含以下指令的应用程序。参考实验5.3、6.1。上机调试并输出正确结果，给出完整的设计报告。目前资料收集情况（含指定参考资料）：计算机组成原理实验指导书计算机组成和设计,david a.patterson编,清华大学出版社,2003年12月计算机组织与结构,william stallings编,高等教育出版社,2001年8月计算机组成与系统结构,李亚民编,清华大学出版社,2000年4月课程设计的工作计划： 2011-2012第一学年第19周任务下达日期 2011 年 12 月 16 日完成日期2012 年 1 月 9 日指导教师 （签名）学 生 （签名）目录一、设计内容1.设计题目2.设计要求二、微程序控制器原理三、总体设计（系统构成）四、详细设计 1.数据格式及指令设计2.微指令流程图3.机器指令及微指令代码五、测试结论 1.实验连接图 2.实验步骤3.实验结果图六、设计总结一、设计内容1. 设计题目：微程序设计2.设计要求：用微程序控制器实现以下指令功能，设计各指令格式以及编码，并实现各机器指令微代码，根据定义的机器指令，自拟编写包含以下指令的应用程序。参考实验5.3、6.1，在此基础上增加如下指令调用：calladdr ;指令功能与80x86相同，addr是8位二进制地址 返回：ret ；存储器到存储器传送：mov memi , memj; memi (memj), ij，memi内存单元地址带左移的加法运算：addri , rj , n; ri （ri）+（rj）arpc+1-pcmem-irr0-bpc-r3mem-apc-arpc+a-pcpc-arpc+pc+mem-arr3-amem-rdhltad2movretcall363135r1-aa+b-r1r1-ar1rdpc-ar,pc+mem-arpc-arpc+rd-mem2c2d0a331fa-pcldi370cstop根据微指令的设计流程图，结合所学知识写出微指令的二进制代码表如下：微地址十六进制高五位s3-s0a字段b字段c字段ua5-ua00000 00 0100000000000000000000 00010100 6d 42000000000 11011010100 00100210 70 7000010000011100000111 00000400 6a 0500000000011010100000 01000526 82 0600100110100000100000 01100600 1a 0700000000000110100000 01110706 42 0800000110010000100000 10000800 6c 0900000 000011011000000 10010910 10 0a00010000000100000000 10100a00 53 4100000000010100110100 00010c06 c2 0d00000110110000100000 11010d00 6a 0900000000011010100000 11100e10 51 41000100000101000 10100 00011000 64 1100000000011001000001 000111 10 30 1200010000001100000001 00101220 02 0100100 000000000100000 00011810 60 1900010000011000000001 10011918 30 0100011000001100000000 00012300 64 2400000000011001000010 01002410 20 2600010000001000000010 01102624 82 0100100100100000100000 00012810 10 2900010000000100000010 10012900 24 2a00000000001001000010 1010 2a04 e2 2b 00000100111000100010 10112b10 30 0100010000001100000011 01003000 1c 0400000000000111000000 010031 00 1a 0c00000000000110100000 11003200 16 1000000000000101100001 000033 00 16 2300000 000000101100010 00113700 6d 5800000000011011010101 10003c00 6d 6800000000011011010110 1000 微指令二进制代码表3.机器指令及微指令代码$p 00 70$p 01 01 ;mov 01 ,r0 取第一个操作数$p 02 71$p 03 02 ;mov 02，r1 取第二个操作数$p 04 01 ;add r1，r0 相加后左移$p 05 63 ;call 50 保存当前地址并转向地址50单元执行$p 06 50$p 50 40 $p 51 60$p 52 61 ;move 61 ，60 把60中的数移到61号内存单元中$p 53 13 ;return $p 07 50 ;stop$p 60 01$p 61 02;/*start of microcontroller data*/$m 00 000001$m 01 006d43$m 03 107070 ;mem-ir,p;=;add(0000 rs rd) $m 30 001604 ;r1-a $m 04 002405 ;r0-b$m 05 04b225 ;a+b-r1，$m 25 001618 ;r1-a$m 18 03b201 ;左移一位-r1 ,进 入下条机器指令 ;=;call$m 36 006d51 ;pc-ar,pc+1$m 11 003c2c ;pc-rd(r3)$m 2c 10102d ;mem -a$m 2d 005341 ;a-pc,进入下条机器指令;=;mov$m 34 006d5e ;pc-ar,pc+$m 1e 10601f ;mem-ar$m 1f 103033 ;mem(ar)-rd,rd is the first num$m 33 006d4a ;pc-ar,pc+$m 0a 10600b ;mem-ar$m 0b 200601 ;rd-mem，进入下条机器指令;=;ret$m 31 00160e ;rd(r3)-a$m 0e 005341 ;a-pc，进入下条机器指令;=;ldi$m 37 006d4c ;pc-ar,pc+$m 0c 103001 ;mem-寄存器;=;hlt()$m 35 000035五、测试结论1.实验连接图2. 实验步骤1. 按三中接线图连接实验线路，仔细检查接线后打开实验箱电源。2. 写入实验程序，并进行校验,联机写入。 联机写入和校验 联机软件提供了微程序和机器程序下载功能，以代替手动读写微程序和机器程序，但是微程序和机器程序得以指定的格式写入到以txt为后缀的文件中，本次实验程序如下，程序中分号；为注释符，分号后面的内容在下载时将被忽略掉。选择联机软件的“【转储】【装载】”功能，在打开文件对话框中选择上面所保存的文件，软件自动将机器程序和微程序写入指定单元。选择联机软件的“【转储】【刷新指令区】”可以读出下位机所有的机器指令和微指令，并在指令区显示，对照文件检查微程序和机器程序是否正确，如果不正确，则说明写入操作失败，应重新写入，可以通过联机软件单独修改某个单元的指令，以修改微指令为例，先用鼠标左键单击指令区的微存tab按钮，然后再单击需修改单元的数据，此时该单元变为编辑框，输入6位数据并回车，编辑框消失，并以红色显示写入的数据。3. 运行程序 联机运行进入软件界面，选择菜单命令“【实验】【cisc模型机】”，打开cisc模型机实验数据通路图，选择相应的功能命令，即可联机运行、监控、调试程序。3. 实验结果图实验结果完全符合当初设计，各个微指令都实现了预先的设计目标，机器程序的测试也达到了预期的效果，程序执行的各个阶段均按正确的数据通路运行。六、设计总结彭丽：通过这次课程设计，我学会了综合运用所学知识来设计一个模型机，既巩固了学过的知识也锻炼了实际的动手实践能力，但更为重要的是我看到了自身在学习过程中存在的不足，尤其是对硬件方面，例如:在本模型机上我仍然不太理解译码原理，同时机器指令中的二进制代码是如何对应译码电路的i7i2，同时对于译码原理图的化简都存在困难。 本次课程设计要求我们在一天半时间完成，虽然提前有看过书，但是没有亲自上机实验刚开始还是感觉到非常陌生。为了设计出质量较高的机器指令与微指令，我们通过查资料，反复看实验指导书。在设计微指令的过程中，由于每条微指令都有24位二进制位组成，每一位都代表不同的功能。为了尽可能在指令设计过程中少出问题，我们花了很大一部分时间去弄清楚每一位每个字段的不同功能。为了设计更有效的机器指令，我们又花了很多时间去弄懂了机器指令如何译码成微指令，它们之间靠什么联系起来，以及在机器指令中如何使用寄存器。也正是因为如此，使得我对cpu的工作原理有了更深一步的理解。当然，我们也遇见了不少问题，特别是连线问题，我们就进行了很多次，一条线路没连对都会导致整个设计失败