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微程序控制器的设计与实现.doc
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2022-06-20
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微程序控制器的设计与实现 一、设计目的 1、巩固和深刻理解"计算机组成原理"课程所讲解的原理,加深对计算机各模块协同 工作的认识。 2、掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。 3、培养学生独立工作和创新思维的能力,取得设计与调试的实践经验。 4、尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程。 二、设计内容 按照要求设计一指令系统,该指令系统能够实现数据传送,进行加、减运算和无条件 转移,具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址 等五种寻址方式。 三、设计具体要求 1、仔细复习所学过的理论知识,掌握微程序设计的思想,并根、据掌握的理论写出要设 计的指令系统的微程序流程。指令系统至 少要包括六条指令,具有上述功能和寻址方式。 2、根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序 3、将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序,并给出测试思路和具体程序段 4、撰写课程设计报告。 四、设计环境 1、伟福COP2000型组成原理实验仪,COP2000虚拟软件。 2、VC开发环境或者Java开发环境。 五、设计方案 (1)设计思想 编写一个指令系统,根据所编写的
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微程序控制器的设计与实现
微程序控制器的设计与实现
一、设计目的
1、巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程所讲解的原理,加
深对计算机各模块协同工作的认识。
2、掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。
3、培养学生独立工作和创新思维的能力,取得设计与调试的
实践经验。
4、尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程。
二、设计内容
按照要求设计一指令系统,该指令系统能够实现数据传送,进
行加、减运算和无条件转移,具有累加器寻址、寄存器寻址、寄
存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
三、设计具体要求
1、仔细复习所学过的理论知识,掌握微程序设计的思想,并根、
据掌握的理论写出要设计的指令系统的微程序流程。指令系统
至 少要包括六条指令,具有上述功能和寻址方式。
2、根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序
3、将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序,并给出测试思
路和具体程序段
4、撰写课程设计报告。
四、设计环境
1
微程序控制器的设计与实现
1、伟福 COP2000 型组成原理实验仪,COP2000 虚拟软件。
2、VC 开发环境或者 Java 开发环境。
五、设计方案
(1)设计思想
编写一个指令系统,根据所编写的指令的功能来设计相应的微
程序。首先利用 MOV 传送指令来给寄存器和累加器传送立即数,
实现立即数寻址;利用寄存器寻址方式,用 ADDC 指令对两者进行
相加运算;利用寄存器间接寻址方式,用 SUB 指令实现减运算;利
用累加器寻址方式,用 CPL 指令实现对累加器寻址;利用存储器寻
址方式,用 JMP 指令实现程序的无条件跳转。这样,所要设计的指
令系统的功能就全部实现了。
(2)微指令格式
采用水平微指令格式的设计,一次能定义并执行多个并行操作微命
令的微指令,叫做水平型微指令。 其一般格式如下:
控制字段 判别测试字段 下地址字段
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微程序控制器的设计与实现
按照控制字段的编码方法不同,水平型微指令又分为三种:全水平
型(不译法)微指令,字段译码法水平型微指令,以及直接和译码相
混合的水平型微指令。
(3)24 个微指令的意义
COP2000 模型机包括了一个标准CPU 所具备所有部件,这些
部件包括:运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通
门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器
MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口
寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、
微程序存储器uM,以及中断控制电路、跳转控制电路。其中运算器
和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD 来实现,其它电路都是
用离散的数字电路组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来
代替。模型机为8 位机,数据总线、地址总线都为8位,但其工作原
理与16位机相同。相比而言8 位机实验减少了烦琐的连线,但其原
理却更容易被学生理解、吸收。
模型机的指令码为8 位,根据指令类型的不同,可以有0 到2
个操作数。指令码的最低两位用来选择R0-R3 寄存器,在微程序控
制方式中,用指令码做为微地址来寻址微程序存储器,找到执行该
指令的微程序。而在组合逻辑控制方式中,按时序用指令码产生相
应的控
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微程序控制器的设计与实现
制位。在本模型机中,一条指令最多分四个状态周期,一个状态周
期为一个时钟脉冲,每个状态周期产生不同的控制逻辑,实现模型
机的各种功能。模型机有 24 位控制位以控制寄存器的输入、输出,
选择运算器的运算功能,存储器的读写。24 位控制位分别介绍如下:
XRD : 外部设备读信号,当给出了外设的地址后,输出此信
号,从指定外设读数据。
EMWR: 程序存储器 EM 写信号。
EMRD: 程序存储器 EM 读信号。
PCOE: 将程序计数器 PC 的值送到地址总线 ABUS 上。
EMEN: 将程序存储器 EM 与数据总线 DBUS 接通,由 EMWR 和
EMRD 决定是将 DBUS 数据写到 EM 中,还是从 EM 读出数据送到
DBUS。
IREN: 将程序存储器 EM 读出的数据打入指令寄存器 IR 和微指令
计数器 uPC。
EINT: 中断返回时清除中断响应和中断请求标志,便于下次中断。
ELP: PC 打入允许,与指令寄存器的 IR3、IR2 位结合,控制程序
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微程序控制器的设计与实现
跳转。
MAREN:将数据总线 DBUS 上数据打入地址寄存器 MAR。
MAROE:将地址寄存器 MAR 的值送到地址总线 ABUS 上。
OUTEN:将数据总线 DBUS 上数据送到输出端口寄存器 OUT 里。
STEN: 将数据总线 DBUS 上数据存入堆栈寄存器 ST 中。
RRD: 读寄存器组 R0-R3,寄存器 R?的选择由指令的最低两位决
定。
RWR: 写寄存器组 R0-R3,寄存器 R?的选择由指令的最低两位决
定。
CN: 决定运算器是否带进位移位,CN=1 带进位,CN=0 不带进
位。
FEN: 将标志位存入 ALU 内部的标志寄存器。
X2: X2、X1、X0 三位组合来译码选择将数据送到 DBUS 上的寄
存器。
如下表所示:
X2 X1 X0
输出寄存器
0 0 0
IN_OE 外部输入门
0 0 1
IA_OE 中断向量
0 1 0
ST_OE 堆栈寄存器
0 1 1
PC_OE PC 寄存器
1 0 0
D_OE 直通门
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是空空呀
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