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计算机组成原理课程设计微程序设计
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计算机组成原理课程设计微程序设计
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(微程序设计)
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计算机组成原理课程设计微程序设计
目录
一、 摘要………………………………………………… 2
二、 微程序控制原理…………………………………… 2
2.1 设计要求……………………………………… 2
2.2 设计原理……………………………………… 2
2.3 设计思想……………………………………… 5
三、总体设计 …………………………………………… 6
3.1 数据格式……………………………………… 6
3.2 机器指令设计………………………………… 6
指令系统……………………………………… 7
3.4 具体设计分析………………………………… 7
四、实验步骤 …………………………………………… 9
4.1 接线并装载程序 ……………………………… 9
4.2 联机运行程序 …………………………………10
4.3 实验过程微指令代码 …………………………18
五、常见问题和解决方法 ………………………………19
六、个人总结 ……………………………………………19
七、参考文献 ……………………………………………21
(微程序设计)
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一、 摘要
利用 CPU 与复杂模型机设计实验中所学到的实验原理以及编程思想,硬件设
备,结合所学知识,自拟编写指令的应用程序,用微程序控制器实现了一系列的
指令功能。完成了各指令的格式以及编码的设计,实现了各机器指令微代码,形
成具有一定功能的完整的应用程序。
在本设计中完成了基本的数据输入输出(IN,OUT),带右移的加法运算(ADD R
0
,
R
2
, N; R
i
(R
0
)+(R
2
)>>N ,R
2
中内容不变),利用堆栈空递减的设计思想
实现了子程序调用指令(CALL)和返回指令(RET),采用寄存器间接寻址方式实
现了寄存器与内存单元内容的交换(SWPB Ri, [Rj]), 此外还利用了寄存器间
接相对寻址方式实现了装载指令(LDR Ri,[Rj,IMME])。
关键词:微程序控制器原理 微指令编码 寻址方式 设计流程图
二、微程序控制原理
2.1 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
子程序调用:CALL addr ;要求堆栈“空递减”,addr 是8 位二进制地址
子程序返回:RET
交换指令: SWPB Ri,[Rj] ;将寄存器Rj 指定的存储单元的内容传送到Ri
中,并将Ri 的内容写入到该内存单元。i 不等于j。
装载指令:LDR Ri,[Rj,IMME] ;将存储单元Rj+IMME 指定的存储单元的
内容,装载到寄存器Ri ,IMME 是8 位二进制立即数
带右移的加法运算:
ADD Ri , Rj , N ; Ri(Ri)+(Rj)>>N ,先右移再相加,N=0-7
2.2 设计原理
微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行,即将当前指令的
功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列,完成数据传送和各种处
理操作。它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码,即将微
命令的集合仿照机器指令一样,用数字代码的形式表示,这种表示称为微指令。
这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令,这种微指令序列称为微程序。
微程序存储在一种专用的存储器中,称为控制存储器,微程序控制器原理图框如
下图所示:
(微程序设计)
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图 1 微程序控制器原理图框
在本设计中控制存储器采用3 片2816 的E2PROM,具有掉电保护功能,微命令
寄存器18 位,用两片8D 触发器(273)和一片4D(175)触发器组成。微地址寄
存器共6 位,用三片正沿触发的双D 触发器(74)组成,它们带有清“0”端和预
置端。在不判别测试的情况下,T2 时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微
指令地址。当T4 时刻进行测试判别时,转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过
强置端将某一触发器置为“1”状态,完成地址修改。
本实验平台提供的微指令字长为24位,控制位顺序如下表:
表 1 微指令格式
其中MA5…MA0 为6 位的后续微地址,A、B、C 为三个译码字段,分别由三个控制
位译码出多位。C 字段中的P<1>为测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代
码进行译码,使微程序转入相应的微地址入口,从而实现完成对指令的识别,并
(微程序设计)
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实现微程序的分支,本系统上的指令译码原理如图2所示,图中I7…I2 为指令寄
存器的第7…2 位输出,SE5…SE0 为微控器单元微地址锁存器的强置端输出,指
令译码逻辑在IR 单元的INS_DEC(GAL20V8)中实现。
图 2 指令译码原理图
S3—S0 的具体功能如下:
表 2 运算器逻辑功能表
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