计算机组成原理课程设计(微程序)报告

微程序控制器的设计与实现
目录
1设计目的 (3)
2设计内容 (3)
3具体要求 (3)
4设计方案 (3)
5 调试过程 (11)
6 心得体会 (12)
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)尝试用C或者Java语言实现所设计的指令系统的加
载、识别和解释功能。

5)撰写课程设计报告。

四、设计方案
1)设计思路
按照要求设计指令系统，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。

从而可以想到如下指令：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：X1：X0: X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS
WEN：将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。

AEN：将数据总线DBUS的值打入累加器A中。

S2：S1：S0: S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。

模型机的寻址方式分五种：
累加器寻址：操作数为累加器A，例如“CPL A”是将累
加器A值取反，还有些指令是隐含寻址累加器
A，例如“OUT”是将累加器A的值输出到输出
端口寄存器OUT。

寄存器寻址：参与运算的数据在R0-R3的寄存器中，例如
“ADD A，R0”指令是将寄存器R0的值加上
累加器A的值，再存入累加器A中。

寄存器间接寻址：参与运算的数据在存储器EM中，数据的地
址在寄存器R0-R3中，例如“MOV A，@R1”
指令是将寄存器R1的值做为地址，把存储器
EM中该地址的内容送入累加器A中。

存储器直接寻址：参与运算的数据在存储器EM中，数据的地
址为指令的操作数。

例如“AND A，40H”指
令是将存储器EM中40H单元的数据与累加器
A的值做逻辑与运算，结果存入累加器A。

立即数寻址：参与运算的数据为指令的操作数。

例如“SUB
A，#10H”是从累加器A中减去立即数10H，
结果存入累加器A。

2)程序清单
MOV A,#01H 立即数寻址，传送指令，将01h传送给累加器a
LOOP:
MOV R0,#01H 立即数寻址，将01h传送给r0
ADD A,R0 寄存器寻址，加法操作，将r0的值与a相加，结果存入a中SUB A,@R0 寄存器间接寻址，减法将R0的值当作是内存地址，再
将此地址的值与A相减，最后放入A。

ADD A,01H 存储器直接寻址，寻找出01地址中的值，
用A和此地址的值相加，最后放入A
CPL A 累加器寻址，将a的值取反
OUT
JMP LOOP //无条件跳转，跳转到LOOP
3)指令流程图
MOV A,#01H
MOV R0,#01H ADD A,R0
SUB A,@R0
ADD,02H
CPＬＡ
JMP LOOP
五、调试过程
1)指令系统设计
本指令系统涉及8条指令，分别完成数据传送，进行加、减和无条件转移，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。

具体指令设计如下：
2)微程序设计
将窗口切换到“uM微程序”窗口，设计每条指令的微程序。

每个程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，因为程序复位后，PC和uPC的值都为0，所以微程序的0地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。

取指操作要做的工作是从程序存储器EM中读出下条将要执行的指令，并将指令的机器码存入指令寄存器IR和微程序计数器uPC中，读出下条操作的微指令。

取指设计如下（CBFFFF）：
MOV A，#01H 这条指令是把立即数1从存储器EM中取出，放入累加器A 中。

微程序设计如下（C7FFF7）：
MOV R0,#01H这条指令是把立即数1从存储器EM中取出，放入寄存器R0中。

微程序设计如下(C7FBFF);
ADD A,R0这条指令是寄存器寻址，将R0的值取出放入W中与A相加，
再将结果放入A。

它由三个指令周期。

微程序设计如下：
第一步，把R0 的值放入累加器W中
第二步，从D中读出A的值并与W相加，结果放到A中
SUB A,@R0 这条指令是寄存器间接寻址，将以R0为地址的数值取出放入W 中与A相减，再将结果放入A。

它由四个指令周期。

微程序设计如下：
第一步，把R0 的值放入地址寄存器MAR中
第二步
从MAR中读出以R0为地址的值放入累加器W中
第三步将A的值与W值相减
CPL A 将A的值取反在存入A中
OUT 将累加器的值送到输出端并输出：
JMP LOOP
六、心得体会
这次微程序程序设计主要是要求我们设计一个指令系统，其中包含加，减，数据传送和无条件转移指令操作，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。

在通过设计的过程中，大概理解了各种指令操作和寻址方式。

学会了能灵活理解他们之间的关系，包括像操作与寻址方式之间的搭配等。

在这一周半的课程设计中，通过指令系统中微程序的设计，了解了24位指令字的具体含义，通过对各位的选择来确定所选择的操作，这样既方便理解，也方便操
作。

在这次课程设计中，遇到了很多问题，像对各位数所代表的具体含义仍然不是十分清楚，在设计微程序的时候，对每一条指令所用的cpu周期不能灵活掌握，希望在以后的学习中可以对其进行更加深入的理解。