(新)计算机组成原理课程设计-微程序设计报告书

1、所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。课程设计指导教师评定成绩表分值评分学 习 态 度 认 学习态度 学习态度尚 工 作 作 风 设计基本合 设 计 不 合 理论分析 与计算基 与计算无大 析 与 计 算 有 原 则 错 验数据比 一定的实 际动手能 有一定改 进或新的 结构基本合 层次较为 文 字 表 达 达到规范 到规范化要 不 到 规 范算晰指导教师评定成绩:指导教师签名:年 月 日同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！1所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。重庆大学本科学生课程设计任务书课程设计题目专业 计算机科学与技术 年级

2、2006调用:CALL addr ;指令功能与80X86相同，addr是8位二进制地址返回:RETMOV mem , mem ; mem (mem), ij，mem内存单元地址j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。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2008-2009第一学年第14周任务下达日期 2008 年 12 月 8 日指

3、导教师 (签名)完成日期 2008年 12 月 8 日学 生 (签名)。同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！2所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。一、设计目的:二、设计要求: 是8；: , ; : , ,N; 三、微程序控制器的原理:A. 微程序控制的基本思想:1. 若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；2. 若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；3. 微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。基本组成:控制存储器，微指令寄存器，微地址寄存器，地址转移逻辑图1 控制存储器(CM):用来存放实现全部指令系统的微程序，位于CPU 中。它是一种

4、只读型存储器，要求速度快，读出周期短同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！3所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。测试字段(P)的信息地址转移逻辑:自动完成修改微地址的任务。专用的存储器中，称为控制存储器,微程序控制器原理框图如图 2 所示SE666D6I7-I2ABC IR图2 C. 微程序控制计算机的工作过程:下面通过计算机启动、执行程序直到停机的过程，来说明微程序是如何控制计算机工作的:计算机加电以后，首先由复位信号(Reset)将开机后执行的第一条指令的地址送入 PC 内，同时将一条取指微指令送入微指令寄存器中，并将其他一些有关的状态位或寄存器置于初始状态。当电

5、压达到稳定值后，自动启动计算机，产生节拍电位和工作脉冲。为保证计算机正常工作，电路必须保证开机后第一个机器周期信号的完整性，在该CPU 周期末，产生开机后第一个工作脉冲。然后计算机开始执行程序，不断地取出指令、执行指令。程序可以存放在固定存储器中，也可以利用固化在只读存储器 (ROM)中的一小段同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！4所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。引导程序，将要执行的程序和数据从外部设备调入主存。实现各条指令的微程序在微指令寄存器中，由微指令的控制字段中的各位直接控制信息和数据的传送，并进行相应的处理。当遇到停机指令或外来停机命令后，应该待当前这

6、条指令执行完毕后再停机或至少在本机器周期结束时停机。要保证停机后，重新启动计算机能继续工作而且不出现任何错误。四、总体设计(系统构成):实现一个简单的 CPU，并且在此CPU 的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。CPU 程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成,如图3所示。这个CPU 在写入相应的微 必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU 的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。图3程序计数器PC:程序计数器PC由两片4位可预置二进制计数器构成8位的计数器。使用“可预置”是因为转移指令需要直接修改PC的值。其电路原理如下图。同是寒窗苦读，怎愿

7、甘拜下风！5所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。88图3 地址寄存器 AR:地址寄存器保存访问存储器时的地址信息，由 74LS273 实现。其电路原理如下图。88图4 指令寄存器 IR:指令寄存器 IR 的输入，实现程序跳转控制。其电路原理如下图。88图5 寄存器堆 R0:寄存器 R0 使用的芯片是 74LS374，该芯片是 8 个三态 D-FF。其 R0电路原理如下图。同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！6所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。88图6 数据通路如图:图8五、详细设计微程序功能设计：（1）指令设计助记符ADD机器指

8、令码说明0000 0000 * * (data1+data2 )R0OUT0011 0000R0-OUTMOV0100 0000(addr1)-(addr2)(data)-R0调用子程序子程序返回LDI0110 0000 *0111 0000 *1000 0000CALLRET:ADD 是三字节指令，后面两个*是要进行加法的数据，本指令的功能是数据一加上数据二之后左移一位，结果存在R0指令实现的是将内存地址一的数据传输到内存地址二，因为它单字节指令，所以微指令执行期间要靠IN单元输入要操作的内存地址；LDI是双字节指令，把后面的*送到R0里；同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！7所谓的光辉岁月，并不是

9、以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。CALL 指令用在子程序的末尾，帮助子程序正确返回。（2）微指令设计根据机器指令所实现的功能，画出微程序流程图。微程序流程图:00NOP0330OUTMOVCALLRET3033343812R AR00PC+1PC+1PC+101090607010PC+1080PC01001同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！8所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。当全部微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，下表即为将微程序流程图按微二进制微代码表MA5-MA000010330090A0B0C0D3406070837131415163

10、61138000001006D43107070006D4910100A006D4B10200C04920D039201186006103007186008200401006D53101014006415200C16005341006D511030010064120000000000000010000000001000000000100000000000000110001000011001000000000010000000010000000000000001000000000000000000000000000000000010010111000000000000000000000000000

11、000000000000000000000000110111110001110010001001110011110000110001110000101110011110000110000110000110000001001000000000010110000010110001110000010000101001101000101000000000000000000000101000000000101101000000000001000011110000001001001010001011001100001101000001000110000111001000000001010011010100

12、010101010110000001010001000001010010同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！9所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。1233105141280401000100010100000000101000000010101000000001000001实验准备：按下图连接电路实验接线图:将微程序和机器程序以指定的格式写入到以TXT 为后缀的文件中联机运行。指令格式:$M XX XXXXXX:$P XX XX同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！10所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。根据流程图及指令格式，安排微指令地址

13、的地址编码及微指令编码:; ; ; ; 加1; 同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！11所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。; 联机: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 六、测试:运行:将时序与操作台单元的开关KK1 和KK3 置为运行档，进入软件界面，选择菜

14、单命令 单元的总清按钮CLR，然后通过软件运行程序，选择相应的功能命令，即可联机运行、监控、调试程序。观察微程序每一步的实现，在数据通路图和微程序流中观测指令的执行过程。对应微指令：同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！12所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。对应微指令：对应微指令：同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！13所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。对应微指令：对应微指令：同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！14所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。对应微指令：对应微指令： 同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！15

15、所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。对应微指令：对应微指令：同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！16所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。对应微指令：实验结果：实验结果完全符合当初的设计，各个微指令都实现了预先设计的目标，机器程序的测试也达到预期的效果。七、设计中出现的问题和解决方法(一)出现问题:（a）在设计 CALL 指令时，需要把当前指令的位置压栈，等到子程序调用 RET 指令，因此保存当前指令成为一个难题。（b）在设计 MOV 指令时，内存之间是不可以直接传送数据。(二)对应的解决方法:（a）为解决此问题，设计时就多加了一条

16、 LDI（立即数送寄存器）指令，目的是使得我们自己可以指定一个内存地址，存放我们当前的指令地址。这样，在我们调用CALL 指令前只需调用 LDI RET 也要调用它。（）解决方法，运用寄存器当中转，先把存储器一中的数据放到寄存器，在把寄存器中的数据放到存储器二。同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！17所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。八、心得体会这次实验增强了我们的动手能力、提高了我们发现问题、分析问题和解决问题的能力、增强了我们团体合作的意识和经验。首先，动手能力一直是我们的弱点，这次实验使我们在老师和同学的帮助下自己动根据数据通路图的控制端确定控制信号代码，装入正确微代码，正确实现此实验要求。同时，我们平时习惯了按要求回答问题，遇到设计之类的问题总是烦恼万分，对一手逐渐深入到题目的最终实现。整个实验过程中，从连线到调试最终正确问题可谓层出不穷，怎样发现问题对我们而言是一大难题。首先，此实验线路复杂，如连错便不易检查，且线路导通与否也很难检查，通过理论与问题对应分析对我们来说就尤其重要。在能控制信号写出正确的微程序，并得到正确的数据通路。当然，这次实验也让我们体会到了合作的好处。由于我们每个人的学习能力的大