计算机组成原理课程设计TEC2000十六位机微程序设计

1、 课 程 设 计项目名称： tec2000十六位机微程序设计 课程名称： 计算机组成原理 班级： 计122 计122 计122 计122 姓名： 学号： 教师： 信息工程学院计算机系16位机微程序控制器指令系统的设计与实现一、设计题目16位机微程序控制器指令系统的设计与实现二、设计目的通过看懂教学计算机组合逻辑控制器中已经设计好并正常运行的几条基本指令（例如add、mvrr、out、mvrd、jr、ret等指令）的功能、格式和执行流程，然后自己设计微程序控制器中的29条基本指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确，达到以下目的：1、深入理解计算机控制器的功能、

2、组成知识和各类典型指令的执行过程；2、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念；3、学习微程序控制器的设计过程和相关技术。三、设计说明控制器设计是学习计算机总体组成和设计的重要的部分。要在tec2000教学计算机上完成这项设计，必须清楚懂得：1、tec2000教学机的微程序控制器主要由作为选件的微程序控制器小板和教学机大板上的7片gal20v8组成。2、tec2000教学机微程序控制器上要实现的全部基本指令和扩展指令的控制信号都是由微程序小板上的7片控制存储器给出的。3、应了解监控程序的a命令只支持基本指令，扩展指令应用e命令将指令代码写入到相应的存储单元中；不能用t、p命

3、令单步调试扩展指令，只能用g命令执行扩展指令。4、要明白tec2000教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解tec2000教学机中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式、执行流程和控制信号的组成。5、明确自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。6、为了完成扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的实验内容，具体过程包括： 1）确定指令格式和功能，要受教学机已有硬件的约束，应尽量与已实现指令的格式和分类办法保持一致； 2）划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计节拍状态的取值，应参照已实现指令的处理办法来完成，特别要注意的是，读取指令

4、的节拍只能用原来已实现的，其他节拍的节拍状态也应尽可能的与原用节拍的状态保持一致和相近；3）在指令微程序表中填写每一个控制信号的状态值，注意要特别仔细，并有意识地体会这些信号的控制作用；4）将设计好的微码，装入控制存储器的相应单元；5）写一个包含你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，来初步判断你的设计是否正确；如果有问题，通过几种办法查出错误并改正，继续调试，直到完全正确。四、设计内容1、完成微程序控制器指令系统设计，主要内容是由学生自己设计29条基本指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、运行、调试正确。2、首先看懂tec2000教学计算机的功能部

5、件组成和线路逻辑关系，然后分析教学计算机组合逻辑控制器中已经设计好并正常运行的几条典型指令（例如add、mvrr、out、mvrd、jrc、ret等指令）的功能、格式和执行流程。3、设计微程序控制器指令系统中各条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确，例如adc、stc、jrs、jrns、ldrx、strx、jmpr、calr、ldra等19条扩展指令。4、单条运行指令，查看指令的功能、格式和执行流程。5、用监控程序的a、e（扩展指令必须用e命令置入）命令编写一段小程序，观察运行结果。五、小组分工及任务分配我们组成员为周健（组长）、刘杰午、刘新培、冯瑞，任务分配为：1、 设

6、计微程序控制器中基本指令的功能、格式和执行流程。并设计15条基本指令的执行流程，画出15条基本指令的执行流程框图和微程序编码表2、 设计14条基本指令和2条扩展指令的执行流程，画出14条基本指令和2条扩展指令的执行流程框图和微程序编码表。3、 确定微码各字段与控制存储器各个芯片之间的关系，列表写出各控制存储器芯片中存储单元的内容，将设计好的微码装入芯片。4、 编写包含所有指令的测试程序，通过运行这些程序检查指令设计是否正确。六、进度安排第1周 周一 上午 经过课程设计动员，全组同学初步了解了课设的大体内容，并作出具体分工。 下午 到图书馆查资料，深刻理解了微程序控制的内容和意义，并且到实验室熟

7、悉了tec2000机开发环境，最后准备了一些汇编书籍。 周二-周三 具体学习tec-2000的基本指令并设计、扩展指令并设计、编写了一些调试程序。在深刻理解这些指令的前提下，将指令编入芯片，经过多次测试，多次修改，最终完成基本要求。第2周 周日- 周四 开始编写报告，运行测试程序，不间断调试指令。 七、课程设计环境1、硬件环境： pc机一台、tec2000实验机一台、微程序控制器实验板一块。 2、软件环境：（1）win2000、dos （2）tec2000仿真终端程序pcec（3）tec2000监控程序。八、基本指令和扩展指令的执行流程框图1.基本指令流程框图2. 扩展指令流程框图3. tec

8、-2000 16位机扩展指令系统九.基本指令和扩展指令的微程序编码表 基本指令和扩展指令的微程序编码表（十六进制）指令名微址下址ci3-0scc3-00mrw0i2-0sai8-6sbi5-3basstssh scidc2dc1all0000e041315501700100e043205501b0中断隐指令0200e010100000100300204010000000add0004303041b8001000sub0105303041b9001100and0206303041bc001000cmp030930304199001100xor0408303041be001000test050a3

9、030419c001000or0607303041bb001000mvrr070b303044b8001000dec080d30304339001000inc090c30304338001100shl0a0e30304378006000shr0b0f30304358005000jr411130304530550002jrc441030344010000000jrnc451030344010000000jrz461030344010000000jrnz471030344010000000jmpa801e24304320550130ldrr811b1ce04490000030in821214364

10、710000032out86121436471000003213303023100000011430303730000000strr831900e04318000030psh/f84151a37433140003085151a3743314000301630300010000003pop/f87171c3743204401308c171c3743204401301830301010002000mvrd881d1c304320550130ret8f2300e043204401302430301730500000calace1f00e043205501302000e017000000002100e

11、043314000302230300220550001jrns6569303540100000006a30304530550002clc6c5630304010003000 基本指令和扩展指令的微程序编码表（二进制）指令名微址下址ci3-0scc3-00mew0i2-0sai8-6sbi5-3basstsshscidc2dc1all00001110000001000001001100010101010100000001011100000100111000000100001100100000010101010000000110110000中断隐指令020011100000000100000001

12、00000000000000000000000100000300001000000100000000010000000000000000000000000000add000430001100000100000110111000000000000001000000000000sub010530001100000100000110111001000000000001000100000000and020630001100000100000110111100000000000001000000000000cmp0309300011000001000001100110010000000000010001

13、00000000xor040830001100000100000110111110000000000001000000000000test050a30001100000100000110011100000000000001000000000000or060730001100000100000110111011000000000001000000000000mvrr070b30001100000100010010111000000000000001000000000000dec080d30001100000100001100111001000000000001000000000000inc090

14、c30001100000100001100111000000000000001000100000000shl0a0e30001100000100001101111000000000000110000000000000shr0b0f30001100000100001101011000000000000101000000000000jr411130001100000100010100110000010101010000000000000010jrc441030001101000100000000010000000000000000000000000000jrnc451030001101000100

15、000000010000000000000000000000000000jrz461030001101000100000000010000000000000000000000000000jrnz471030001101000100000000010000000000000000000000000000jmpa801e24001100000100001100100000010101010000000100110000lorr811b00111000000100010010010000000000000000000000110000in8212140011011001000111000100000

16、00000000000000000110010out86121400110110010001110001000000000000000000000011001013300011000000100011000100000000000000000000000000011430001100000011011100110000000000000000000000000000strr831900111000000100001100011000000000000000000000110000psh/f84151a00110111010000110011000101000000000000000011000

17、085151a0011011101000011001100010100000000000000001100001630001100000000000000010000000000000000000000000011pop/f87171c0011011101000011001000000100010000000001001100008c171c0011011101000011001000000100010000000001001100001830001100000001000000010000000000000010000000000000mvrd881d1c001100000100001100

18、100000010101010000000100110000ret8f23001110000001000011001000000100010000000001001100002430001100000001011100110000010100000000000000000000calace1f001110000001000011001000000101010100000001001100002000111000000001011100000000000000000000000000000000210011100000010000110011000101000000000000000011000

19、02230001100000000001000100000010101010000000000000001calre0640011100000010000110011000101000000000000000011000065001110000000000100000100000000010100000000000000016630001100000100010010110000010100000000000000000000 八个控制存储器芯片中各存储单元的内容列表指令名maprommprom1mprom2mprom3mprom4mprom5mprom6mprom7all0000e04131

20、5501700100e043205501b0中断隐指令0200e010100000100300204010000000add0004303041b8001000sub0105303041b9001100and0206303041bc001000or0607303041bb001000xor0408303041be001000cmp030930304199001100test050a3030419c001000mvrr070b303044b8001000inc090c30304338001100dec080d30304339001000shl0a0e30304378006000shr0b0f30

21、304358005000jrc441030344010000000jrnc451030344010000000jrz461030344010000000jrnz471030344010000000jr411130304530550002in821214364710000032out86121436471000003213303023100000011430303730000000psh/f84151a37433140003085151a3743314000301630300010000003pop/f87171c3743204401308c171c37432044013018303010100

22、02000strr831900e043180000301a30300490000001lorr811b00e044900000301c30301738000000mvrd881d1c304320550130jmpa801e24304320550130ce1f00e043205501302000e017000000002100e043314000302230300220550001ret8f2300e043204401302430301730500000calre06400e043314000306500e0041005000166303044b05000 00十、指令设计方案1、将设计好的微码

23、写入控制存储器。一次只对一片28c64 控制存储器芯片进行读写，该芯片可插在扩展芯片的高位或低位，若插在高位，输入时信号编码为高八位，低八位补零；若插在低位，输入时信号编码为低八位，高位补零。若一次扩展两片28c64控制器芯片，要注意信号要与产生该信号的芯片相对。将扩展新片的内存单元地址置为40005fff，将maprom 插入扩展芯片的位置，微程序入口地址对应的内存单元的地址为芯片的起始地址和该指令的编码值之和。具体操作如下：(1)将端口地址写入芯片e 40004000 00ff：04 00ff：05 00ff：06 00ff：09 00ff：0800ff：0a 00ff：07 00ff：0

24、b 00ff：0d 00ff：0c00ff：0e 00ff：0fe 40204020 00ff：50 00ff：51e 402a402a 00ff：54 00ff：55 00ff： 53 00ff：52e 40414041 00ff：11e 40444044 00ff：10 00ff：10 00ff：10 00ff：10e40604060 00ff：5a 00ff： 0 e 406c406c 00ff：56 00ff：57 00ff：58 00ff：59e 40800ff： 00ff： 00ff：6900ff：694080 00ff：1e 00ff：1b 00ff：12 00ff：19 00f

25、f：1500ff：12 00ff：17 00ff：1de 408c408c 00ff：17 00ff： 00ff： 00ff： 23e 40ce40ce 00ff：1fe 40e040e0 00ff：64e 40e440e4 00ff：5b 00ff：5d 00ff：61 00ff：5fe 40ef40ef 00ff：67编码截图如下：（2）将mprom1-mprom7依次插入扩展芯片的位置对其编程，内存单元的地址为芯片的起始地址和该指令操作功能所对应的微址之和，操作如下：mprom1产生下址信号，mprom2 产生ci30、scc30 信号，对mprom1-2 的操作为：mprom1 在高位

26、 mprom2 在低位e 40004000 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：002000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3034 00ff：3030 00ff：1436 00ff：303000ff：3030 00ff：1a37 00ff：3030 00ff：1c3700ff：3030 00ff：00e0 00ff：3030 00ff：00e000ff：

27、3030 00ff：1c30 00ff：2430 00ff：00e000ff：00e0 00ff：00e0 00ff：3030 00ff：00e000ff：3030e 40304030 00ff：3a32 00ff：0230e 403a403a 00ff：4010 00ff：4331 00ff：0410 00ff：433100ff：0210 00ff：4730e 40504050 00ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030

28、00ff：00e000ff：1c30 00ff：00e0 00ff：1c30 00ff：00e000ff：1a30 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：303000ff：00e0 00ff：00e0 00ff：3030 00ff：00e000ff：2330 00ff：3035 00ff：3030编码截图如下：（3）mprom3 产生0mrw、0i20 信号，mprom4产生sai8i6、sbi5i3信号，对 mprom3-4的操作为：mprom3 在高位 mprom4 在低位e 40004000 00ff：4131 00ff：4320 00ff：1010 00ff：401000f

29、f：41b8 00ff：41b9 00ff：41bc 00ff：41bb00ff：41be 00ff：4199 00ff：419c 00ff：44b800ff：4338 00ff：4339 00ff：4378 00ff：435800ff：4010 00ff：4530 00ff：4710 00ff：231000ff：3730 00ff：4331 00ff：0010 00ff：432000ff：1010 00ff：4318 00ff：0490 00ff：449000ff：1738 00ff：4320 00ff：4320 00ff：432000ff：1700 00ff：4331 00ff：0220

30、00ff：432000ff：1730e 40304030 00ff：4700 00ff：4320e 403a403a00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：00e000ff：00e0 00ff：3130e 40504050 00ff：41b8 00ff：41b9 00ff：433f 00ff：435800ff：4378 00ff：4358 00ff：4010 00ff：401000ff：4010 00ff：4010 00ff：44b0 00ff：432000ff：1710 00ff：4320 00ff：1590 00ff：432000ff：1710 00ff：43

31、20 00ff：1590 00ff：039000ff：4331 00ff：0410 00ff：44b0 00ff：432000ff：1010 00ff：4010 00ff：4530编码截图如下：（4）mprom5 产生b 口、a口信号，mprom6 产生0sst、sshsci 信号，对 mprom5-6的操作为：mprom5 在高位 mprom6 在低位e 40004000 00ff：5501 00ff：5501 00ff：0000 00ff：000000ff：0010 00ff：0011 00ff：0010 00ff：001000ff：0010 00ff：0011 00ff：0010 00f

32、f：001000ff：0011 00ff：0010 00ff：0060 00ff：005000ff：0000 00ff：5500 00ff：0000 00ff：000000ff：0000 00ff：4000 00ff：0000 00ff：440100ff：0020 00ff：0000 00ff：0000 00ff：000000ff：0000 00ff：5501 00ff：5501 00ff：550100ff：0000 00ff：4000 00ff：5500 00ff：440100ff：5000e 40304030 00ff：0000 00ff：5501e 403a403a 00ff：0000

33、00ff：4000 00ff：0500 00ff：400000ff：0000 00ff：5000e 40504050 00ff：0012 00ff：0012 00ff：0010 00ff：005c00ff：0064 00ff：0054 00ff：0030 00ff：004000ff：0000 00ff：0000 00ff：5000 00ff：550100ff：0000 00ff：5501 00ff：0000 00ff：550100ff：0000 00ff：5501 00ff：0000 00ff：000000ff：4000 00ff：0500 00ff：5000 00ff：440100ff：00

34、20 00ff：0000 00ff：5500编码截图如下：（5）mprom7 产生dc2、dc1 信号，对mprom7 的操作为：e 40004000 00ff：70 00ff：b0 00ff：10 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：02 00ff：32 00ff：0100ff：00 00ff：30 00ff：03 00ff：3000ff：00 00ff：30 00ff：01 00ff：3000ff：00

35、 00ff：30 00ff：30 00ff：3000ff：00 00ff：30 00ff：01 00ff：3000ff：00e 40304030 00ff：03 00ff： 0be 403a403a 00ff：70 00ff：30 00ff：51 00ff：3000ff：01 00ff：05e 40504050 00ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：60 00ff：70 00ff：00 00ff：3000ff：30 00ff：30 00ff：30 00ff：3000ff：30 00ff：30 00f

36、f：30 00ff：0100ff：30 00ff：01 00ff：00 00ff：3000ff：40 00ff：00 00ff：02编码截图如下：十一、测试程序选择扩展指令的a组指令中的clc指令，观察其节拍流程（1）置拨动开关sw=01101100 00000000；（表示指令clc）（2）按reset 按键；小板指示灯microp 亮（只要选择微程序，该灯在指令执行过程中一直亮），其他灯全灭；（3）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址和下址的指示灯全灭；（4）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址指示灯显示000

37、0 0001，下址的指示灯全灭；（5）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址指示灯显示0000 0010，下址的指示灯全灭；（6）以上三步为公共操作，其他指令同；（7）按start 按键；小板指示灯ci30、scc30 显示0010 0000，微址指示灯显示0000 0011，下址的指示灯显示0101 0110；（8）按start按键；小板指示灯ci30、scc30 显示0011 0000，微址指示灯显示0101 0110，下址的指示灯显示0011 0000；（9）按start按键；小板指示灯ci30、scc30 显示0011 0010，微址指示灯显示00

38、11 0000，下址的指示灯显示0011 1010；（10）按start 按键；小板指示灯ci30、scc30显示0011 0000，微址指示灯显示0011 0001，下址的指示灯显示0000 0010；选择扩展指令的a组指令中的jrns指令，观察其节拍流程（1）置拨动开关sw=01100101 00000001；（表示指令jrns）（2）按reset 按键；小板指示灯microp 亮（只要选择微程序，该灯在指令执行过程中一直亮），其他灯全灭；（3）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址和下址的指示灯全灭；（4）按start按键；小板指示灯ci30、scc

39、30显示1110 0000，微址指示灯显示0000 0001，下址的指示灯全灭；（5）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址指示灯显示0000 0010，下址的指示灯全灭；（6）以上三步为公共操作，其他指令同；（7）按start 按键；小板指示灯ci30、scc30 显示0010 0000，微址指示灯显示0000 0011，下址的指示灯显示0110 1001；（8）按start按键；小板指示灯ci30、scc30 显示0011 0101，微址指示灯显示0110 1001，下址的指示灯显示0011 0000；（9）按start按键；小板指示灯ci30、scc

40、30 显示0011 0010，微址指示灯显示0011 0000，下址的指示灯显示0011 1010；（10）按start 按键；小板指示灯ci30、scc30显示0011 0000，微址指示灯显示0011 0001，下址的指示灯显示0000 0010；2、在单步方式下，通过指示灯观察各类基本指令的微码。（在此，仅在a组、c组中各列举一条指令为例。）通过验证可知各指令的微码无误。1置拨动开关 sw=00000000 00000001；（表示指令 add r0，r1 ）2按 reset 按键； 指示灯 microp 亮（只要选择微程序，该灯在指令执行过程中一直亮），其它灯全灭；3按 start 按

41、键； 指示灯 ci30、scc30 显示 1110 0000，微址和下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作 0pc、di#=0）4按 start 按键； 指示灯 ci30、scc30 显示 1110 0000，微址指示灯显示 0000 0001，下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作 pcar、pc+1pc）5按 start 按键； 指示灯 ci30、scc30 显示 1110 0000，微址指示灯显示 0000 0010，下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作 memir）6以上三步为公共操作，其它指令同；7按 start 按键； 指示灯 ci30、scc30 显示 0010 0000，微址指示灯

42、显示 0000 0011，下址的指示灯显示 0000 0100；（本拍完成/map 操作功能）8按 start 按键； 指示灯 ci30、scc30 显示 0011 0000，微址指示灯显示 0000 0100，下址的指示灯显示 0011 0000 (本拍执行 add 指令，drdr+sr 操作)。9按 start 按键； 指示灯 ci30、scc30 显示 0011 0010，微址指示灯显示 0011 0000，下址的指示灯显示 0011 1010；（本拍完成 strq、cc#=int#公共操作功能）10 按 start 按键； 指示灯 ci30、scc30 显示 0011 0000，微址指

43、示灯显示 0011 0001，下址的指示灯显示 0000 0010；（本拍完成 pcar、pc+1pc、cc#=0 的公共操作功能）选择基本指令的d组指令中的cala指令，观察其节拍流程（1）置拨动开关sw= 1100 1110 0000 0000；（表示指令cala）（2）按reset按键；小板指示灯microp亮（只要选择微程序，该灯在指令执行过程中一直亮），其它灯全灭；（3）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址指示灯显示0000 0000，下址的指示灯显示0000 0000；（4）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 000

44、0，微址指示灯显示0000 0001，下址的指示灯显示 0000 0000；（5）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址指示灯显示0000 0010，下址的指示灯显示0000 0000；（6）以上三步为公共操作，其它指令同。（7）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示0010 0000，微址指示灯显示0000 0011，下址的指示灯显示0001 1111；（8）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址指示灯显示0001 1111，下址的指示灯显示0000 0000；（本拍完成pcar、pc+lpc操作）（9

45、）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示1110 0000，微址指示灯显示0010 0000，下址的指示灯显示0000 0000；（本拍完成memq操作）（10）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示 1110 0000 ，微址指示灯显示0010 0001，下址的指示灯显示0000 0000；（本拍完成sp-1sp、pcar操作）（11）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示0011 0000，微址指示灯显示0010 0010，下址的指示灯显示0011 0000；（本拍完成pcmem、qpc、cc#=o操作）（12）按start按键；小板指示灯ci30、scc30显示0011 0010，微址指示灯显示0011 0000，下址的指示灯显示0011 1010；（本拍完成strq、cc#=int#操