计算机组成原理课程设计

课 程 设 计 报 告

课程设计名称：计算机组成原理微指令

系 别：

学 生 姓 名：

班 级：

学 号：

成 绩：

指 导 教 师：

开 课 时 间：2012-2013学年 2 学期

1 目录

一．设计题目 ................................................................................................................................... 2

1.1计算机组成原理课程设计——简单模型机的微程序设计 ............................................ 2

二．主要内容 ................................................................................................................................... 2

2.1计算机的硬件基本组成； ................................................................................................ 2

2.2计算机中机器指令的设计 ................................................................................................ 2

2.3计算机中机器指令的执行过程； .................................................................................... 2

2.4微程序控制器的工作原理； ............................................................................................ 2

2.5微指令的格式设计原则； ................................................................................................ 2

三．具体要求 ................................................................................................................................... 2

四．进度安排 ................................................................................................................................... 3

五．微程序的设计过程 ................................................................................................................... 4

5.1模型机的CPU及系统硬件 ............................................................................................. 4

5.2基本模型机的指令设计 .................................................................................................... 6

5.3指令微流程分析 ................................................................................................................ 6

六、编写微程序 ............................................................................................................................... 9

七．微程序测试并且调试 ............................................................................................................. 10

八．问题答案解析 ......................................................................................................................... 11

九．总结......................................................................................................................................... 12

十．参考文献 ................................................................................................................................. 12

2 一．设计题目

1.1计算机组成原理课程设计——简单模型机的微程序设计

二．主要内容

通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：

2.1计算机的硬件基本组成；

2.2计算机中机器指令的设计

2.3计算机中机器指令的执行过程；

2.4微程序控制器的工作原理；

2.5微指令的格式设计原则；

在此基础上设计可以运行一些基本机器指令的微程序的设计

三．具体要求

1．置数指令 IN 置数开关SW（KD0～KD7）的状态→R0

2．加法指令 ADD R0,，(addr)：(R0)+(addr)→（R0）

3．存数指令 STA R0，（addr）：(R0)→（addr）

4．输出指令 OUT （addr）：(addr)→输出设备"LED"

5．跳转指令 JMP （addr）：addr→PC

6．或指令OR RD，RS：(RS)或(RD)→(RD)

7．新加法指令 NADD (addr1)，(addr2)：(addr1)加(addr2)→(RD)

8．异或指令XOR (addr1)，(addr2)：(addr1)异或(addr2)→(RD) 3 9．与指令AND RD，RS：(RS)与(RD)→(RD)

10．求反指令 NOT RD：/(RD) →（RD）

四．进度安排

共1.5周11天的时间，具体安排如下：

1-2天：对整个课程设计的内容做详细的讲解，并辅导学生完成课程设计指导书的学习，使其掌握和理解课程设计的核心内容；

3-5天：学生在机房学习熟悉课程设计所使用的仿真软件，并深入了解该仿真软件所实现 的模型机的指令系统（原有的5条指令）和微程序设计方法

6-9天：在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令。

10-11天：根据自己设计的微程序系统写出相应的课程设计实验报告 4 五．微程序的设计过程

5.1模型机的CPU及系统硬件

基本模型机的CPU及系统硬件组成如图1所示：

图1 模型机的CPU及系统硬件组成

1.运算器由算逻部件ALU（8位）、暂存器DR1、DR2及通用寄存器等组成。ALU的功能控制信号为 S3、S2、S1、S0、M、CN，可以实现48种算术和逻辑运算功能，如图2所示。运算器为单总线结构，其输入端分别连接到暂存器DR1和DR2，其装入数据的微命令分别为LDDR1和LDDR2，当它们为1电平时由节拍脉冲T4将数据总线上的数据装入相应的暂存器。R0、R1、R2为通用寄存器。R0的装入数据的微命令为LDR0，R1的装入数据的微命令为LDR1，R2的装入数据的 5 微命令为LDR2。299为实现移位运算的装置，当299B微命令有效时，其数据端和数据总线连接。

2、控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。

图2

3、程序计数器PC的功能是存放下一条指令的地址，其输出是向地址寄存器提供要将执行的指令在存储器中的地址。在提供地址后立即加1，指向指令的下一个字节或下一条指令的地址。其控制微命令有三个。当LOAD=0而LDPC=1时，由T4的正跳变将数据总线上的数据装入PC；当当LOAD=1而LDPC=1时PC的内容加1；当PCB=1时，PC中的地址信息送到数据总线上。

4、指令寄存器IR用于存放当前执行的指令。当微命令LDIR=1时，由节拍脉冲T3将数据总线上的数据装入。地址寄存器AR存放要从存储器中读出的数据或指令的地址或要向存储器写入数据或指令的地址。 当微命令LDAR=1时，由节拍脉冲T3将数据总线上的数据装入。

5、存储器RAM用于存放程序和数据。当片选信号CE=0时，如果W/R为0，则根据AR中的地址，从存储器读出数据并送到数据总线上；如果W/R为1，则根据AR中的地址，向存储器中写入数据总线上的数据。片选信号CE是由微指令中的有关字段（B1B0）译码产生的。 6 6、模型机有两个外部设备：输入设备是置数开关SW，用于设置数据或地址，当微命令SWB=0时，设置的数据送到数据总线上；SWB也是由微指令中的有关字段（B1B0）译码产生的。输出设备是两位LED数码管，当微命令LEDB=1时，数据总线上的数据送到数码管显示。

5.2基本模型机的指令设计

根据基本模型机的硬件设计五条机器指令：外设输入指令IN、二进制加法指令ADD、存数指令STA、输出到外设指令OUT、无条件转移指令JMP。指令格式如下：

说明：指令IN为单字节指令，其余均为双字节指令， ××××××××为要读写的主存储器单元的二进制地址

5.3指令微流程分析

这十条指令的微流程数据流表示微程序流程图：

用微命令表示的执行十条基本指令的微指令流程:

助记符 机器指令码 说明