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

1、<p>　　計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　微程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　項(xiàng)目名稱：微程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)內(nèi)容

2、</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　二、微程序控制器原理</p><p>　　三、總體設(shè)計(jì)（系統(tǒng)構(gòu)成）</p><p><b>　　四、詳細(xì)設(shè)計(jì) </b&

3、gt;</p><p>　　1.數(shù)據(jù)格式及指令設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.微指令流程圖</b></p><p>　　3.機(jī)器指令及微指令代碼</p><p><b>　　五、測(cè)試結(jié)論 </b></p><p><b>　　1.實(shí)驗(yàn)連接圖</b>

4、</p><p><b>　　2.實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p><b>　　3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖</b></p><p><b>　　六、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b&

5、gt;　　設(shè)計(jì)題目：</b></p><p><b>　　微程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　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

6、礎(chǔ)上增加如下指令</p><p><b>　　調(diào)用：</b></p><p>　　CALLaddr ;指令功能與80X86相同，addr是8位二進(jìn)制地址</p><p><b>　　返回：</b></p><p>　　RET ；</p><p&g

7、t;　　存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送：</p><p>　　MOV memi , memj; memi (memj), i<>j，memi內(nèi)存單元地址</p><p><b>　　帶左移的加法運(yùn)算：</b></p><p>　　ADDRi , Rj , N; Ri （Ri）+（Rj）<<N ，Rj中內(nèi)容不變。</p

8、><p>　　二、 微程序控制器原理</p><p>　　微程序控制器的基本任務(wù)是完成當(dāng)前指令的翻譯和執(zhí)行，即將當(dāng)前指令的功能轉(zhuǎn)換成可以控制的硬件邏輯部件工作的微命令序列，完成數(shù)據(jù)傳送和各種處理操作。它的執(zhí)行方法就是將控制各部件動(dòng)作的微命令的集合進(jìn)行編碼，即將微命令的集合仿照機(jī)器指令一樣，用數(shù)字代碼的形式表示，這種表示稱為微指令。這樣就可以用一個(gè)微指令序列表示一條機(jī)器指令，這種微指令序列稱為微

9、程序。微程序存儲(chǔ)在一種專用的存儲(chǔ)器中，稱為控制存儲(chǔ)器。微程序控制器原理圖框如下圖所示：</p><p>　　微程序控制器原理圖框</p><p>　　本模型機(jī)共有15條基本指令，表5-3-3列出了各條指令的格式、匯編符號(hào)、指令功能。</p><p>　　表5-3-3 指令描述</p><p>　　三、總體設(shè)計(jì)（系統(tǒng)構(gòu)成）</p>

10、<p>　　分析理解設(shè)計(jì)要求后，利用CPU的運(yùn)算器（ALU），微程序控制器（MC）,通用寄存器（RO）,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)功能部件實(shí)現(xiàn)微程序設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　四、詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.指令設(shè)計(jì)</b></p><p>　

11、　模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長(zhǎng)為８位，8 位全用來(lái)表示數(shù)據(jù)（最高位不表示符號(hào)），數(shù)值表示范圍是： 0≤X≤28－1。</p><p>　　本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖如下圖所示</p><p>　　本系統(tǒng)上的指令譯碼原理如圖2所示，圖中I7…I2 為指令寄存器的第7…2 位輸出，SE5…SE0 為微控器單元微地址鎖存器的強(qiáng)置端輸出，指令譯碼邏輯在IR 單元的INS_DEC（GAL2

12、0V8）中實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　根據(jù)機(jī)器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)微程序流程圖及確定微地址，如圖5-3-5所示。</p><p>　　按照系統(tǒng)建議的微指令格式，見表5-3-4，參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表，見表5-3-5，并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換為聯(lián)機(jī)操作時(shí)的十六進(jìn)制格式文件。</p><p><b>　　2.微指令流程圖</b&

13、gt;</p><p>　　根據(jù)微指令的設(shè)計(jì)流程圖，結(jié)合所學(xué)知識(shí)寫出微指令的二進(jìn)制代碼表如下：</p><p><b>　　微指令二進(jìn)制代碼表</b></p><p>　　3.機(jī)器指令及微指令代碼</p><p><b>　　$P 00 70</b></p><p>　　$P

14、 01 01 ;mov 01 ,R0 取第一個(gè)操作數(shù)</p><p><b>　　$P 02 71</b></p><p>　　$P 03 02 ;mov 02，R1 取第二個(gè)操作數(shù)</p><p>　　$P 04 01 ;add R1，R0 相加后左移</p><p>　　$P

15、 05 63 ;call 50 保存當(dāng)前地址并轉(zhuǎn)向地址50單元執(zhí)行</p><p><b>　　$P 06 50</b></p><p>　　$P 50 40 </p><p><b>　　$P 51 60</b></p><p>　　$P 52 61 ;

16、move 61 ，60 把60中的數(shù)移到61號(hào)內(nèi)存單元中</p><p>　　$P 53 13 ;return </p><p>　　$P 07 50 ;stop</p><p><b>　　$P 60 01</b></p><p><b>　　$P 61 02</b&g

17、t;</p><p>　　;//**start of Microcontroller Data**//</p><p>　　$M 00 000001</p><p>　　$M 01 006D43</p><p>　　$M 03 107070 ;MEM->IR,P<1></p><p>

18、　　;==============================</p><p>　　;ADD(0000 RS RD) </p><p>　　$M 30 001604 ;R1->A </p><p>　　$M 04 002405 ;R0->B</p><p>　　$M 05 0

19、4B225 ;A+B->R1，</p><p>　　$M 25 001618 ;R1->A</p><p>　　$M 18 03B201 ;左移一位->R1 ,進(jìn) 入下條機(jī)器指令</p><p>　　;===============================</p><p&g

20、t;<b>　　;CAll</b></p><p>　　$M 36 006D51 ;PC->AR,PC+1</p><p>　　$M 11 003C2C ;PC->RD(R3)</p><p>　　$M 2C 10102D ;MEM ->A</p><p>

21、;　　$M 2D 005341 ;A->PC,進(jìn)入下條機(jī)器指令</p><p>　　;================================</p><p><b>　　;MOV</b></p><p>　　$M 34 006D5E ;PC->AR,PC++</p><

22、p>　　$M 1E 10601F ;MEM->AR</p><p>　　$M 1F 103033 ;MEM(ar)->RD,RD is the first num</p><p>　　$M 33 006D4A ;PC->AR,PC++</p><p>　　$M 0A 10600B

23、 ;MEM->AR</p><p>　　$M 0B 200601 ;RD->MEM，進(jìn)入下條機(jī)器指令</p><p>　　;==================================</p><p><b>　　;ret</b></p><p>　　$M 31 00160E

24、 ;RD(R3)->A</p><p>　　$M 0E 005341 ;A->pc，進(jìn)入下條機(jī)器指令</p><p>　　;==================================</p><p><b>　　;LDI</b></p><p>　　$M 37 0

25、06D4C ;pc->AR,PC++</p><p>　　$M 0C 103001 ;MEM->寄存器</p><p>　　;==================================</p><p><b>　　;HLT()</b></p><p>　　$M 35

26、000035</p><p><b>　　五、測(cè)試結(jié)論</b></p><p><b>　　1.實(shí)驗(yàn)連接圖</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　1. 按三中接線圖連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查接線后打開實(shí)驗(yàn)箱電源。</p><p

27、>　　2. 寫入實(shí)驗(yàn)程序，并進(jìn)行校驗(yàn),聯(lián)機(jī)寫入。</p><p><b>　　聯(lián)機(jī)寫入和校驗(yàn)</b></p><p>　　聯(lián)機(jī)軟件提供了微程序和機(jī)器程序下載功能，以代替手動(dòng)讀寫微程序和機(jī)器程序，但是微程序和機(jī)器程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中，本次實(shí)驗(yàn)程序如下，程序中分號(hào)‘；’為注釋符，分號(hào)后面的內(nèi)容在下載時(shí)將被忽略掉。</p>&l

28、t;p>　　選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲(chǔ)】—【裝載】”功能，在打開文件對(duì)話框中選擇上面所保存的文件，軟件自動(dòng)將機(jī)器程序和微程序?qū)懭胫付▎卧?lt;/p><p>　　選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲(chǔ)】—【刷新指令區(qū)】”可以讀出下位機(jī)所有的機(jī)器指令和微指令，并在指令區(qū)顯示，對(duì)照文件檢查微程序和機(jī)器程序是否正確，如果不正確，則說(shuō)明寫入操作失敗，應(yīng)重新寫入，可以通過聯(lián)機(jī)軟件單獨(dú)修改某個(gè)單元的指令，以修改微指令為例，先用鼠標(biāo)左鍵單擊指

29、令區(qū)的‘微存’TAB按鈕，然后再單擊需修改單元的數(shù)據(jù)，此時(shí)該單元變?yōu)榫庉嬁颍斎?位數(shù)據(jù)并回車，編輯框消失，并以紅色顯示寫入的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3. 運(yùn)行程序</b></p><p><b>　　聯(lián)機(jī)運(yùn)行</b></p><p>　　進(jìn)入軟件界面，選擇菜單命令“【實(shí)驗(yàn)】—【CISC模型機(jī)】”，打開CISC

30、模型機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通路圖，</p><p>　　選擇相應(yīng)的功能命令，即可聯(lián)機(jī)運(yùn)行、監(jiān)控、調(diào)試程序。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合當(dāng)初設(shè)計(jì)，各個(gè)微指令都實(shí)現(xiàn)了預(yù)先的設(shè)計(jì)目標(biāo)，機(jī)器程序的測(cè)試也達(dá)到了預(yù)期的效果，程序執(zhí)行的各個(gè)階段均按正確的數(shù)據(jù)通路運(yùn)行。</p><p>&l

31、t;b>　　六、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)模型機(jī)，既鞏固了學(xué)過的知識(shí)也鍛煉了實(shí)際的動(dòng)手實(shí)踐能力，但更為重要的是我看到了自身在學(xué)習(xí)過程中存在的不足，尤其是對(duì)硬件方面，例如:在本模型機(jī)上我仍然不太理解譯碼原理，同時(shí)機(jī)器指令中的二進(jìn)制代碼是如何對(duì)應(yīng)譯碼電路的I7—I2，同時(shí)對(duì)于譯碼原理圖的化簡(jiǎn)都存在困難。 </p><

32、p>　　本次課程設(shè)計(jì)要求我們?cè)谝惶彀霑r(shí)間完成，雖然提前有看過書，但是沒有親自上機(jī)實(shí)驗(yàn)剛開始還是感覺到非常陌生。為了設(shè)計(jì)出質(zhì)量較高的機(jī)器指令與微指令，我們通過查資料，反復(fù)看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。在設(shè)計(jì)微指令的過程中，由于每條微指令都有24位二進(jìn)制位組成，每一位都代表不同的功能。為了盡可能在指令設(shè)計(jì)過程中少出問題，我們花了很大一部分時(shí)間去弄清楚每一位每個(gè)字段的不同功能。為了設(shè)計(jì)更有效的機(jī)器指令，我們又花了很多時(shí)間去弄懂了機(jī)器指令如何譯碼成微指令

33、，它們之間靠什么聯(lián)系起來(lái)，以及在機(jī)器指令中如何使用寄存器。也正是因?yàn)槿绱?，使得我?duì)CPU的工作原理有了更深一步的理解。當(dāng)然，我們也遇見了不少問題，特別是連線問題，我們就進(jìn)行了很多次，一條線路沒連對(duì)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)失敗。這個(gè)問題也是在平時(shí)實(shí)驗(yàn)課上最常見的問題。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì),我們了解到要實(shí)現(xiàn)一個(gè)人設(shè)計(jì)并不是想象的那么簡(jiǎn)單，它要求我們充分細(xì)心，還要有足夠的耐心，以及和他人共同協(xié)作，互幫互助，共

34、同學(xué)習(xí)共同進(jìn)步，這樣才是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)最好的選擇。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《計(jì)算機(jī)組成原理》蔣本珊編 第2版 清華大學(xué)出版社</p><p>　　《組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》</p><p>　　《計(jì)算機(jī)組成和設(shè)計(jì)》,David A.Patterson編,清華大學(xué)出版社,2003年12月&