《微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(共18頁(yè)).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(共18頁(yè)).doc（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、設(shè)計(jì)目的1、鞏固和深刻理解“計(jì)算機(jī)組成原理”課程所講解的原理，加深對(duì)計(jì)算機(jī)各模塊協(xié)同工作的認(rèn)識(shí)。2、掌握微程序設(shè)計(jì)的思想和具體流程、操作方法。3、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作和創(chuàng)新思維的能力，取得設(shè)計(jì)與調(diào)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。4、嘗試?yán)镁幊虒?shí)現(xiàn)微程序指令的識(shí)別和解釋的工作流程。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容按照要求設(shè)計(jì)一指令系統(tǒng)，該指令系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行加、減運(yùn)算和無條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲(chǔ)器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。三、設(shè)計(jì)具體要求1、仔細(xì)復(fù)習(xí)所學(xué)過的理論知識(shí)，掌握微程序設(shè)計(jì)的思想，并根、據(jù)掌握的理論寫出要設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)的

2、微程序流程。指令系統(tǒng)至 少要包括六條指令，具有上述功能和尋址方式。2、根據(jù)微操作流程及給定的微指令格式寫出相應(yīng)的微程序3、將所設(shè)計(jì)的微程序在虛擬環(huán)境中運(yùn)行調(diào)試程序，并給出測(cè)試思路和具體程序段4、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四、設(shè)計(jì)環(huán)境1、偉福COP2000型組成原理實(shí)驗(yàn)儀，COP2000虛擬軟件。2、VC開發(fā)環(huán)境或者Java開發(fā)環(huán)境。五、設(shè)計(jì)方案（1）設(shè)計(jì)思想編寫一個(gè)指令系統(tǒng)，根據(jù)所編寫的指令的功能來設(shè)計(jì)相應(yīng)的微程序。首先利用MOV傳送指令來給寄存器和累加器傳送立即數(shù)，實(shí)現(xiàn)立即數(shù)尋址；利用寄存器尋址方式，用ADDC指令對(duì)兩者進(jìn)行相加運(yùn)算；利用寄存器間接尋址方式，用SUB指令實(shí)現(xiàn)減運(yùn)算；利用累加器尋址方式

3、，用CPL指令實(shí)現(xiàn)對(duì)累加器尋址；利用存儲(chǔ)器尋址方式，用JMP指令實(shí)現(xiàn)程序的無條件跳轉(zhuǎn)。這樣，所要設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)的功能就全部實(shí)現(xiàn)了。（2）微指令格式采用水平微指令格式的設(shè)計(jì)，一次能定義并執(zhí)行多個(gè)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： 控制字段判別測(cè)試字段下地址字段按照控制字段的編碼方法不同，水平型微指令又分為三種：全水平型(不譯法)微指令，字段譯碼法水平型微指令，以及直接和譯碼相混合的水平型微指令。（3）24個(gè)微指令的意義COP2000 模型機(jī)包括了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CPU 所具備所有部件，這些部件包括：運(yùn)算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移門L、直通門D、右移門R、寄存器組R0

4、-R3、程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器MAR、堆棧寄存器ST、中斷向量寄存器IA、輸入端口IN、輸出端口寄存器OUT、程序存儲(chǔ)器EM、指令寄存器IR、微程序計(jì)數(shù)器uPC、微程序存儲(chǔ)器uM，以及中斷控制電路、跳轉(zhuǎn)控制電路。其中運(yùn)算器和中斷控制電路以及跳轉(zhuǎn)控制電路用CPLD 來實(shí)現(xiàn)，其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。微程序控制部分也可以用組合邏輯控制來代替。模型機(jī)為8 位機(jī)，數(shù)據(jù)總線、地址總線都為8位，但其工作原理與16位機(jī)相同。相比而言8 位機(jī)實(shí)驗(yàn)減少了煩瑣的連線，但其原理卻更容易被學(xué)生理解、吸收。模型機(jī)的指令碼為8 位，根據(jù)指令類型的不同，可以有0 到2 個(gè)操作數(shù)。指令碼的最低兩位用來選擇R0-R

5、3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令碼做為微地址來尋址微程序存儲(chǔ)器，找到執(zhí)行該指令的微程序。而在組合邏輯控制方式中，按時(shí)序用指令碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制位。在本模型機(jī)中，一條指令最多分四個(gè)狀態(tài)周期，一個(gè)狀態(tài)周期為一個(gè)時(shí)鐘脈沖，每個(gè)狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)模型機(jī)的各種功能。模型機(jī)有24 位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選擇運(yùn)算器的運(yùn)算功能，存儲(chǔ)器的讀寫。24 位控制位分別介紹如下： XRD ： 外部設(shè)備讀信號(hào)，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號(hào)，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。EMWR： 程序存儲(chǔ)器EM寫信號(hào)。EMRD： 程序存儲(chǔ)器EM讀信號(hào)。PCOE： 將程序計(jì)數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。EMEN

6、： 將程序存儲(chǔ)器EM 與數(shù)據(jù)總線DBUS接通，由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫到EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。IREN： 將程序存儲(chǔ)器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計(jì)數(shù)器uPC。EINT： 中斷返回時(shí)清除中斷響應(yīng)和中斷請(qǐng)求標(biāo)志，便于下次中斷。ELP： PC打入允許，與指令寄存器的IR3、IR2位結(jié)合，控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。MAROE：將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上。OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里。STEN： 將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。RRD： 讀寄存

7、器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。RWR： 寫寄存器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。CN： 決定運(yùn)算器是否帶進(jìn)位移位，CN=1帶進(jìn)位，CN=0不帶進(jìn)位。FEN： 將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器。X2： X2、X1、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。如下表所示：X2 X1 X0輸出寄存器0 0 0IN_OE 外部輸入門0 0 1IA_OE 中斷向量0 1 0ST_OE 堆棧寄存器0 1 1PC_OE PC寄存器1 0 0D_OE 直通門1 0 1R_OE 右移門1 1 0L_OE 左移門1 1 1沒有輸出WEN： 將數(shù)據(jù)總線DBUS的

8、值打入工作寄存器W中。AEN： 將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。通過S2,S1,S0 來選擇運(yùn)算數(shù)據(jù)由寄存器A及寄存器W 給出, 運(yùn)算結(jié)果輸出到直通門D。如下表所示：S2 S1 S0功能0 0 0A+W 加0 0 1A-W 減0 1 0A|W 或0 1 1A&W 與1 0 0A+W+C 帶進(jìn)位加1 0 1A-W-C 帶進(jìn)位減1 1 0A A取反1 1 1A 輸出A（4）微程序的設(shè)計(jì) 一共設(shè)計(jì)七條微程序，如下：MOV R0，#55H 立即數(shù)尋址，數(shù)據(jù)傳送MOV A，#33H 立即數(shù)尋址，數(shù)據(jù)傳送MOV R0，A 將A的值存入以R0為地址的內(nèi)存單元ADDC A，R0 寄存器尋址，帶進(jìn)

9、位加SUB A，R0 寄存器間接尋址，減運(yùn)算CPL A 累加器尋址，求反JMP 0 存儲(chǔ)器尋址，無條件跳轉(zhuǎn)在COP2000中的設(shè)計(jì)如下所截圖： 這七條指令的流程圖如下： 1）MOV A, #II 2）MOV R?,#II 3）MOV R?,APCàABUSPC+1PCàABUSEMàAPCàABUSPC+1PCàABUSEMàAPCàABUSEMàR?PCàABUSPC+1R? àMARMARàABUSAàDàEM4）ADDC A,R? （5）SUBB A,R? 6

10、）CPL APCàABUSPC+1PCàABUSEMàAPCàABUSPC+1R? àWR? àMARPCàABUSPC+1AàALU(A取反)ALUàAA+WàALUALUàAMARàABUSEMàWA-WàALUALUàA7）JMP MMPCàABUSPC+1PCàABUSEMàPC（5）詳細(xì)設(shè)計(jì)下面詳細(xì)分析每條程序的設(shè)計(jì)：1、_FATCH_只用一個(gè)周期狀態(tài)，程序執(zhí)行的第一條取指的微指令該指令為一個(gè)周期狀態(tài)，T0

11、狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：2、 MOV A, #II該指令為兩個(gè)周期狀態(tài)T1狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T0狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：3、 MOV R?,#II該指令為兩個(gè)周期狀態(tài)，T1狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T0狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：4、 MOV R?,A該指令為三個(gè)周期狀態(tài)，T2狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T1狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T0狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：5、 ADDC A,R?該指令為三個(gè)周期狀態(tài)，T2狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T1狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T0狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：6、 SUB A,R?該指令為四個(gè)周期狀態(tài)，T3狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信

12、號(hào)如下：T2狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T1狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T0狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：7、 CPL A該指令為兩個(gè)周期狀態(tài)，T1狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T0狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：7. JMP MM該指令為兩個(gè)周期狀態(tài)，T1狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：T0狀態(tài)的設(shè)計(jì)及可控制信號(hào)如下：六、調(diào)試過程七條指令編寫完成以后，選擇菜單文件|保存指令系統(tǒng)/微程序功能，將新建的指令系統(tǒng)/微程序保存下來，以便以后調(diào)用。將新的指令系統(tǒng)/微程序保存為“INST33.INS”。在COP2000的ASM窗口中輸入以下幾行源程序：MOV A, #66HMOV R0,#33HMOV R0,AAD

13、DC A,R0SUB A,R0CPL AJMP 0將程序另存為NEW_INST33.ASM，將程序匯編成機(jī)器碼，觀察反匯編窗口，會(huì)顯示出程序地址、機(jī)器碼、反匯編指令。發(fā)現(xiàn)程序代碼顏色會(huì)發(fā)生改變，點(diǎn)擊復(fù)位按鈕后進(jìn)行單微指令的測(cè)試，如下圖所示ASM微程序如下：顯示出程序地址、機(jī)器碼、反匯編指令如下圖所示：程序地址機(jī)器碼反匯編指令指令說明000466MOVA,#66020833MOVR0，#33040CMOVR0，A0510ADDCA,R00614SUBA,RO0718CPLA081C00JMP00（1）微指令運(yùn)行結(jié)果1）MOV A,#66H測(cè)試結(jié)果如圖：說明立即數(shù)66已經(jīng)寫入累加器A中。2）MOV R0,#33H測(cè)試結(jié)果如圖：說明立即數(shù)33已經(jīng)寫入寄存