微程序控制器设计与调试实验报告
微程序控制器实验报告
计算机组成原理实验及课程设计报告书系别：计算机系专业：计算机科学与技术课程：计算机组成原理指导教师：实验人：班级：实验时间：2009.5.28-2009.6.7 编制时间：2009.6.14微程序控制器实验报告（一） 实验目的通过看懂教学计算机中已经设计好并正常运行的数条基本指令（例如：ADD,MVRR,OUT,MVRD,JR,RET 等命令）的功能、格式和执行流程，然后自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。
其最终要达到的目的是： 1. 深入理解计算机微程序控制器的功能、组成知识； 2. 深入的学习计算机各类典型指令的执行流程；3. 对指令的格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体的概念；4. 学习微程序控制器的设计工程和相关技术。
（二）实验过程 RCL 指令 一、指令设计a)指令格式及功能：汇编格式： RCL DR机器指令： 00101010 00000000功能：带进位C 循环左移，最高位移入C ，C 移入最低位 b)指令流程图：c)控制信号表： MAPROM MP1 MP2 MP3MP4MP5 MP6 MP7 微指下指CI 3-0 SCC 3-0 0 /MR/W 0 I 2-0 SA I 8-6 SB I 5-3 B 口 A 口 0 SST SSHSCI DC2 DC1 50H 01H30H43H78H00H64H00H说明：把地址位2AH 单元内容修改为50H ，实现译码，找到为程序的入口地址。
二、实验操作：修改MAPROM 和控存 a)MAPROM 的修改：1、 试验箱断电2、取下M APROM ，插入扩展槽，连片选信号（6000H-7FFFH ）3、试验箱开电，PC 机开机4、设置试验机工作模式为：连续、内存区、组合逻辑、16位、联机5、运行PCEC16，进行PC 机与试验箱联机取地址带进位C 循环左移6、>E 602BXXXX: 0050提示：修改完之后检查是否破坏了基本指令内存。
微程序控制器的组成与微程序设计实验报告
微程序控制器的组成与微程序设计实验报告1.实验目的了解微程序控制器的组成和工作原理，掌握微程序设计方法。
2.实验器材和仪器-计算机-开发板-逻辑门集成电路3.实验过程a.程序设计首先，需要设计微程序控制器所使用的指令集。
本实验选取了一个简单的指令集，包括加载寄存器、存储器和输入输出操作等指令。
b.微指令设计根据指令集的要求，设计相应的微指令。
每个微指令包含了控制信号的信息，用于控制计算机的不同部件。
c.微程序设计根据微指令的设计，设计相应的微程序。
微程序是一系列的微指令的有序序列，用于控制计算机的指令执行。
d.实验搭建根据设计好的微程序，搭建微程序控制器的电路，并将电路与开发板连接。
e.实验验证将编写好的程序加载到存储器中，并通过控制信号监测计算机的运行情况。
验证微程序控制器的设计是否正确。
4.实验结果与分析经过实验验证，微程序控制器能够正常工作，并且能够按照设计好的微程序执行指令集中的各项操作。
通过观察控制信号的变化，可以得出微程序控制器是否正常工作的结论。
5.实验结论本实验以设计一个简单的微程序控制器为目标，通过设计微指令和微程序，并搭建相应的电路，成功实现了微程序控制器的功能。
通过本实验，我对微程序控制器的组成和设计原理有了更深入的了解。
6.实验总结微程序控制器是计算机中的重要组成部分，通过控制信号的变化，实现了对指令执行的控制。
本实验通过设计微指令和微程序，搭建相应的电路，成功实现了微程序控制器的功能。
通过本实验，我不仅对微程序控制器有了更深入的理解，还提高了我对计算机原理的理解能力和动手实践能力。
微程序控制器原理实验报告
微程序控制器原理实验报告一、引言微程序控制器作为计算机系统的重要组成部分，扮演着指挥和控制计算机操作的关键角色。
本实验报告将对微程序控制器的原理进行探讨，并描述相关实验的设计、步骤、结果和分析。
二、微程序控制器的原理2.1 微程序控制器的概念微程序控制器是一种控制计算机操作的技术，通过将指令集中的每个指令分解为一系列微操作，并以微指令的形式存储在控制存储器中，从而实现指令的执行控制。
2.2 微指令的组成和格式微指令由多个字段组成，每个字段代表一个微操作控制信号。
常见的微指令格式包括微地址字段、条件码字段、操作码字段等。
2.3 微指令的执行过程微指令的执行过程包括指令的取指、译码、执行和写回等阶段。
每个阶段对应微指令的不同部分，通过控制信号的转换和传递，完成相应的操作。
三、微程序控制器的设计与实验3.1 设计思路在进行微程序控制器实验前，需要明确实验的目标和设计思路。
实验通常包括以下几个步骤：确定指令集、确定微指令格式、设计控制存储器、设计控制逻辑电路等。
3.2 实验步骤1.确定指令集：根据实验需求，确定需要支持的指令集。
2.确定微指令格式：根据指令集的要求，设计适合的微指令格式。
3.设计控制存储器：根据微指令格式，设计控制存储器的结构和内容。
4.设计控制逻辑电路：根据微指令的执行过程，设计控制逻辑电路，实现指令的控制和转换。
5.构建实验平台：将设计的控制存储器和控制逻辑电路构建成实验平台，并与计算机系统相连。
6.进行实验：在实验平台上执行指令，观察和记录实验结果。
3.3 实验结果与分析根据实验步骤中的设计和操作，得到了相应的实验结果。
通过比对实验结果和预期效果，可以对微程序控制器的设计和实验进行分析和评估。
四、总结与展望微程序控制器作为计算机系统的关键组成部分，通过微操作的方式实现指令的执行控制。
本实验报告对微程序控制器的原理进行了探讨，并描述了相关实验的设计、步骤、结果和分析。
通过实验，我们深入理解了微程序控制器的工作原理和设计方法。
微程序控制器_实验报告
微程序控制器_实验报告本次实验使用的是微程序控制器，主要涵盖了微程序控制器的概念、微指令的设计、微指令的执行以及测试和调试方法等。
首先，我们需要了解什么是微程序控制器。
微程序控制器是一种专门用于控制计算机操作的控制器，其中的微指令由微程序控制器产生。
微程序控制器的主要优点是提高了计算机系统的可控性和可编程性，可避免在操作过程中出现复杂的电路切换。
在实验中，我们主要是操作微指令的设计和执行。
微指令需要根据指令的类型以及相应的操作码进行设计，确保计算机能够正确地执行指令。
在设计微指令过程中，我们要考虑到指令执行时需要进行的操作、信号的传递以及各个部分之间的协调。
在微指令设计完成后，需要进行微指令的执行。
微指令执行的过程也是十分关键的，这需要对微指令的执行顺序进行精密设计以保证整个计算机发挥最大的性能。
实验中我们了解了基本的微指令执行步骤，包括状态存储器、微指令计数器、微指令发生器以及微指令存储器等。
除了微指令设计和执行外，测试和调试也是实验中比较重要的步骤。
这一步骤旨在确保整个计算机系统能够正常运行，同时也可以在测试过程中发现和纠正存在的错误。
在测试过程中，我们需要编写测试程序，通过输入不同的指令类型和操作码来测试微指令是否能够正确地执行。
在调试过程中，我们需要通过检查微指令执行的每个步骤，找到代码中存在的错误并进行修正，以保证计算机的正常运行。
在实验中，学习了微程序控制器的基本知识，包括微指令的设计和执行以及测试和调试方法。
这些知识对于计算机专业的学生非常重要，可以帮助他们深入了解计算机系统的运行原理及其基本结构。
同时也可以为今后的工作和研究提供基础知识和经验。
微程序控制器实验报告
一、实验目的1、通过实验,进一步理解微程序控制器的组成结构。
理解微程序控制器的控制原理2、加深理解微程序控制器的工作原理。
掌握指令流程与功能3、理解掌握微程序控制器的设计思路与方法二、实验内容与步骤1、微程序控制器的组成原理控制存储器：实现整个指令系统的所有微程序，一般指令系统是规定的由高速半导体存储器构成，容量视机器指令系统而定，取决于微程序的个数，其长度就是微指令字的长度。
微指令寄存器：存放从控存读出的当前微指令。
微操作控制字段将操作控制信号送到控制信号线上，微地址字段指出下一条微地址的形成。
微地址寄存器：存放将要访问的下一条微指令地址地址转移逻辑：形成将要执行的微指令地址，形成方式：取指令公操作所对应的微程序一般从控存的0地址开始，所以微程序的人口地址0是由硬件控制的。
当出现分支时，通过判别测试字段、微地址字段、和执行部件的反馈信息形成后即微地址。
Cpu设计步骤：1.拟定指令系统2.确定总体结构（数据通路）3.安排时序4.拟定指令流程。
根据指令系统，写出对应所有机器指令的全部微操作机器节拍安排，然后列出操作时间表5.确定微指令的控制方式、下地址形成方式、微指令格式及微指令字长，编写全部的微指令的代码，最后将编写的微指令放入控制存储器中。
微程序控制器的设计步骤（1）设计微程序确定微程序流程图，也就是控制算法流程图。
（2）确定微指令格式微指令格式中的操作控制字段取决于执行部件的子系统需要多少微指令。
假定采用直接控制方式，执行部件需要10个微命令，则操作控制字段需要10位。
测试判别字段取决于微程序流程图中有多少处分支转移。
假定有3处分支，则测试判别字段需要3位。
下址字段取决于微程序流程图的规模。
假定微程序共用50条微指令，则下址字段至少需要6位。
这是因为ROM地址译码时，26=64，6位地址可容纳64条微指令。
（3）将微程序编译成二进制代码（4）微程序写入控制存储器（5）设计硬件电路三、实验现象--CPU 头文件cpu_defsLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;PACKAGE cpu_defs IS --定义程序包，包头，包体TYPE opcode IS (load, store, add, sub, bne); --这个语句适合于定义一些用std_logic 等不方便定义的类型，综合器自动实现枚举类型元素的编码，一般将第一个枚举量（最左边）编码为0 CONSTANT word_w: NATURAL :=8;CONSTANT op_w: NATURAL :=3;CONSTANT rfill: STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 downto 0):=(others =>'0');--FUNCTIOn slv2op(slv:IN STD_LOGIC_VECTOR) RETURN opcode;FUNCTION op2slv(op:in opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR;END PACKAGE cpu_defs;PACKAGE BODY cpu_defs ISTYPE optable IS ARRAY(opcode) OF STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);--数组有5个元素，其他均0CONSTANT trans_table:optable :=("000", "001", "010", "011", "100");FUNCTION op2slv(op:IN opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR ISBEGINRETURN trans_table(op);END FUNCTION op2slv;END PACKAGE BODY cpu_defs;--实验7-8 微程序控制器实验LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL,IEEE.NUMERIC_STD.ALL;USE WORK.CPU_DEFS.ALL;--使用自己定义的程序包ENTITY CPU ISPORT( clock : IN STD_LOGIC;--时钟reset : IN STD_LOGIC;--复位mode : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); --查看用mem_addr : INUNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);--地址output : OUT STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);data_r_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0);--微指令Rop_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);--操作码add_r_out : OUT UNSIGNED(4 DOWNTO 0) --微地址R);END ENTITY;ARCHITECTURE rtl OF CPU ISTYPE mem_array IS ARRAY (0 TO 2**(word_w-op_w)-1) OF STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1DOWNTO 0);--定义RAMSIGNAL mem : mem_array;CONSTANT prog : mem_array:=(0=> op2slv(load) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(4,word_w-op_w)),1=> op2slv(add) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(5,word_w-op_w)),2=> op2slv(store) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(6,word_w-op_w)),3=> op2slv(bne) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(7,word_w-op_w)), --TO_UNSIGNED转换函数将4转换为5位“00100”4=> STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(2,word_w)),5=> STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(3,word_w)),OTHERS => (OTHERS =>'0'));TYPE microcode_array IS ARRAY (0 TO 14) OF STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0); CONSTANT code : microcode_array:=(--控制存储器0=> "00010100010000000001",1=> "00000000000110000010",2=> "00001010000000000011",3=> "00000100001000001111",4=> "00100010000000000000",5=> "00000000000100000000",6=> "00000010100001000000",7=> "00000010100000100000",8=> "00000000000110000100",9=> "01000001000000000101",10=> "00000000000110000110",11=> "00000000000110000111",12=> "00000000000110010000",13=> "10000010000000000000",14=> "00000000000000000000");SIGNAL count : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL op : STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL z_flag : STD_LOGIC;SIGNAL mdr_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL mar_out : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL IR_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL acc_out : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL sysbus_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);EGINPROCESS(reset,clock)VARIABLE instr_reg : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE acc : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0);CONSTANT zero : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0):=(OTHERS =>'0')VARIABLE mdr : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE mar : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE sysbus : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE microcode : microcode_array;VARIABLE add_r : UNSIGNED(4 DOWNTO 0);VARIABLE data_r : STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0);VARIABLE temp : STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);BEGINIF reset='0' THENadd_r:=(OTHERS =>'0');count <= (OTHERS =>'0');instr_reg := (OTHERS =>'0');acc := (OTHERS =>'0');mdr := (OTHERS =>'0');mar := (OTHERS =>'0');z_flag <='0';mem <= prog;sysbus :=(OTHERS =>'0');ELSIF RISING_EDGE(clock) THEN--microprogram controllerdata_r := code(TO_INTEGER(add_r));IF data_r(4 DOWNTO 0)="01111" THEN --判断下地址temp:="01" & op(2 DOWNTO 0);add_r := UNSIGNED(temp);ELSIF data_r(4 DOWNTO 0)="10000" THENIF z_flag='1' THENadd_r:="01110";ELSEadd_r :="01101";END IF;ELSEadd_r := UNSIGNED(data_r(4 DOWNTO 0));END IF;data_r_out <=data_r;add_r_out <= add_r;--PCIF data_r(16)='1' THEN --PC_bus='1'sysbus := rfill & STD_LOGIC_VECTOR(count);END IF;IF data_r(19)='1' THEN --load_PC='1'count <= UNSIGNED(mdr(word_w-op_w-1 DOWNTO 0));ELSIF data_r(10)='1' THEN --INC_PC='1'count <= count+1;ELSEcount <= count;END IF;--IRIF data_r(15)='1' THEN --load_IRinstr_reg := mdr;END IF;IF data_r(9)='1' THEN --Addr_bus='1'sysbus := rfill & instr_reg(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);END IF;op <= instr_reg(word_w-1 DOWNTO word_w-op_w);IR_out <= instr_reg;op_out <=op;--ALUIF data_r(17)='1' THEN --load_ACC='1'acc:=UNSIGNED(mdr);END IF;IF data_r(11)='1' THEN --ALU_ACC='1'IF data_r(6)='1' THEN --ALU_add='1'acc := acc + UNSIGNED(mdr);ELSIF data_r(5)='1' THEN --ALU_sub='1'acc := acc - UNSIGNED(mdr);END IF;END IF;IF data_r(18)='1' THEN --ACC_bus='1'sysbus := STD_LOGIC_VECTOR(acc);END IF;IF acc=zero THENz_flag <='1';ELSEz_flag <='0';END IF;acc_out<= acc;--RAMIF data_r(14)='1' THEN --load_MAR='1'mar := UNSIGNED(sysbus(word_w-op_w-1 DOWNTO 0));ELSIF data_r(12)='1' THEN --load_MDR='1'mdr := sysbus;ELSIF data_r(8)='1' THEN --CS='1'IF data_r(7)='1' THEN --R_NW='1'mdr := mem(TO_INTEGER(mar));ELSEmem(TO_INTEGER(mar))<=mdr;END IF;END IF;IF data_r(13)='1' THEN --MDR_bus='1'sysbus:=mdr;END IF;mdr_out <= mdr;mar_out <= mar;END IF;sysbus_out <=sysbus;END PROCESS;PROCESS(mode,mem_addr)BEGIN--mode=0 -> sysbus--mode=1 -> PC--mode=2 -> result of ALU--mode=3 -> IR--mode=4 -> MAR--mode=5 -> MDR--mode=6 -> memoutput <= (OTHERS =>'0');CASE mode isWHEN "000" =>output<=sysbus_out;WHEN "001" =>output(word_w-op_w-1 DOWNTO 0)<= STD_LOGIC_VECTOR(count);WHEN "010" =>output <= STD_LOGIC_VECTOR(acc_out);WHEN "011" =>output <= IR_out;WHEN "100" =>output(word_w-op_w-1 DOWNTO 0) <= STD_LOGIC_VECTOR(mar_out);WHEN "101" =>output <= mdr_out;WHEN "110" =>output <= mem(TO_INTEGER(mem_addr));WHEN others =>output <= (OTHERS =>'Z');END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE;现象结果：四、实验体会原本对于控制器的设计还是一片空白，通过实验初步理解微程序控制器的组成结构。
程序的调试实验报告（范文2篇）
程序的调试实验报告（范文2篇）以下是网友分享的关于程序的调试实验报告的资料2篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
程序的调试实验报告（1）微机原理与接口技术课程作业班级：目录一、实验目的：............................................................................................. . (3)二、实验环境................................................................................................. . (3)三、实验过程................................................................................................. . (3)（一）基础知识储备................................................................................................. .. (3)（二）汇编语言程序设计................................................................................................. (3)（三）汇编程序调试................................................................................................. .. (3)四、调试实例................................................................................................. . (4)（一）实例一................................................................................................. .. (4)（二）实例二................................................................................................. .. (5)（三）实例三................................................................................................. .. (6)（四）实例四................................................................................................. .. (7)五、实验总结................................................................................................. . (8)（一）实验收获................................................................................................. . (8)（二）实验感悟................................................................................................. . (9)一、实验目的：汇编语言是一种用助记符表示的程序设计语言。
微程序控制器实验报告
微程序控制器实验报告微程序控制器实验报告引言微程序控制器是一种常见的计算机控制器，它采用微程序的方式来实现指令的执行。
在本次实验中，我们将学习和探索微程序控制器的工作原理，并通过实验验证其功能和性能。
实验目的本次实验的主要目的是通过设计和实现一个简单的微程序控制器，来深入理解微程序控制器的工作原理和原理图设计。
实验过程1. 设计微指令集在设计微程序控制器之前，首先需要确定微指令集。
微指令集是由一系列微指令组成的，每个微指令对应一个控制信号，用于控制计算机的各个组件的操作。
在本次实验中，我们选择了常见的微指令集，包括存储器读写、算术逻辑运算、数据传输等指令。
2. 设计微指令控制存储器微指令控制存储器是微程序控制器的核心组件，用于存储微指令集。
在本次实验中，我们使用了静态随机存储器（SRAM）来实现微指令控制存储器。
通过将微指令集编码为二进制数，并将其存储在SRAM中的不同地址位置，实现对微指令的存储和读取。
3. 设计微指令解码器微指令解码器用于解析微指令，并产生相应的控制信号。
在本次实验中，我们使用了组合逻辑电路来实现微指令解码器。
通过将微指令的不同位与控制信号相连，实现对微指令的解码和控制信号的生成。
4. 设计微程序计数器微程序计数器用于控制微程序的执行顺序。
在本次实验中，我们使用了计数器和触发器来实现微程序计数器。
通过将微程序计数器的输出与微指令控制存储器的地址输入相连，实现对微指令的顺序读取。
实验结果通过实验，我们成功设计并实现了一个简单的微程序控制器。
在实验中，我们编写了微指令集，并将其存储在微指令控制存储器中。
通过微指令解码器和微程序计数器的协作，我们成功实现了对微指令的解码和执行。
实验结果表明，微程序控制器能够准确地控制计算机的各个组件的操作，并实现指令的执行。
实验总结通过本次实验，我们深入了解了微程序控制器的工作原理和原理图设计。
微程序控制器作为一种常见的计算机控制器，具有灵活性和可扩展性。
微程序控制实验报告（共10篇）
微程序控制实验报告(共10篇)微程序控制器实验报告计算机组成原理实验报告一、实验目的：(1)掌握微程序控制器的组成原理。
(2)掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。
二、实验设备：PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套。
三、实验原理：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,微程序控制器原理框图如图所示：微程序控制器组成原理框图在实验平台中设有一组编程控制开关KK3、KK4、KK5（位于时序与操作台单元），可实现对存储器（包括存储器和控制存储器）的三种操作：编程、校验、运行。
考虑到对于存储器（包括存储器和控制存储器）的操作大多集中在一个地址连续的存储空间中，实验平台提供了便利的手动操作方式。
以向00H 单元中写入332211 为例，对于控制存储器进行编辑的具体操作步骤如下：首先将KK1 拨至‘停止’档、KK3 拨至‘编程’档、KK4 拨至‘控存’档、KK5 拨至‘置数’档，由CON 单元的SD05——SD00 开关给出需要编辑的控存单元首地址（000000），IN 单元开关给出该控存单元数据的低8 位（00010001），连续两次按动时序与操作台单元的开关ST（第一次按动后MC 单元低8 位显示该单元以前存储的数据，第二次按动后显示当前改动的数据），此时MC 单元的指示灯MA5——MA0 显示当前地址（000000），M7——M0 显示当前数据（00010001）。
然后将KK5 拨至‘加1’档，IN 单元开关给出该控存单元数据的中8 位（00100010），连续两次按动开关ST，完成对该控存单元中8 位数据的修改，此时MC 单元的指示灯MA5——MA0 显示当前地址（000000），M15——M8 显示当前数据（00100010）；再由IN 单元开关给出该控存单元数据的高8 位（00110011），连续两次按动开关ST，完成对该控存单元高8 位数据的修改此时MC 单元的指示灯MA5——MA0 显示当前地址（000000），M23——M16 显示当前数据（00110011）。
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济宁医学院信息工程学院微程序控制器模型计算机的设计与调试09级计本2班200907010211李秋生一台模型计算机的设计一、教学目的、任务与实验设备1．教学目的（1）融会贯通本课程各章节的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，加深计算机工作中“时间—空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。
（2）学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高使用软件仿真工具和集成电路的基本技能。
（3）培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践和经验。
2．设计与调试任务（1）按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台微程序控制的模型计算机。
（2）根据设计图纸，在MAX+PLUS 平台上进行仿真，并下载到EL教学实验箱上进行调试成功。
（3）在调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。
包括：①总框图(数据通路图)；②微程序控制器逻辑图；②微程序流程图；④微程序代码表；⑤元件排列图（或VHD程序清单）；⑥设计说明书；⑦调试小结。
2．实验设备（1） PC机一台（2） EL教学实验箱（3） MAX+PLUS Ⅱ配套软件二、数据格式和指令系统本模型机是一个8位定点二进制计算机，具有四个通用寄存器：R0～R3，能执行11条指令，主存容量为256KB。
1．数据格式数据按规定采用定点补码表示法，字长为8位，其中最高位（第7位）为符数值相对于十进制数的表示范围为：－1≤X≤1―2―7三、总体设计总体设计的主要任务是(1) 选定CPU中所使用的产要器件；(2) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计指令流的数据通路；(3) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计数据流的数据通路。
计算机的工作过程，实质上是不同的数据流在控制信号作用下在限定的数据通路中进行传送。
数据通路不同，指令所经过的操作过程也不同，机器的结构也就不—样，因此数据通路的设计是至关重要的。
所谓数据通路的设计，也就是确定机器各逻辑部件相对位置的总框图。
数据远路的设计，目前还没有非常标准的方法。
主要是依据设计者的经验，并参考现有机器的三种典型形式（单总线、双总线或三总线结构），根据指令系统的要求，可采用试探方法来完成。
其主要步骤如下：(1) 对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的指令周期与操作序列，以便决定各器件的类型和数量。
(2) 构成一个总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指令系统所包涵的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求。
(3) 检验全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号。
(4) 检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路。
以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。
图1给出了一个没有考虑乘法除法指令操作的总框图参考方案，注意，在此方案确定之后，应该检查所选用的各个器件是否满足数据通路的要求。
实际上，数据通路的设计与器件的选择应同时进行而不能分离地工作。
其次，接入总线的器件都要有三态输出，以便与总线连接。
另外，在信息传送过程中应当注意器件原码和反码输出的配合关系。
图1所示的方案采用单总线结构，使用的许多器件都是三态输出，这种方案便于总线的连接和扩展，但缺点是指令和数据的传送都要经过总线，因此对总线的使用权就要分配得当。
另外，执行算术逻辑指令时，先将第一个操作数由通用寄存器Ri 送至缓冲寄存器DR1，然后再由通用寄存器Rj取第二个操作数送至缓冲寄存器DR2，之后送往ALU进行运算。
显然，执行—条算术逻辑指令的时间相应要长一些。
图1 模型机数据通路框图四、微程序控制器数据通路框图—旦确定，指令流与数据流的通路也就随之最后确定，因而运算器和控制器的大部分结构也就确定下来了。
图1中各功能器件上还标注了控制点及其控制信号．这些控制信号就是微程序控制器进行设计的依据。
1．微指令格式微指令格式建议采用水平型微指令，微命令编码采用直接表示法和分段直接译码法相结合的混合表示法，以缩短微指令长度。
后继地址采用断定方式。
微指令格式如下：同学们应根据本模型的具体情况来确定各字段的长度。
2．微程序控制器根据微指令和微程序的长度，确定控制存储器需选用几片EPROM（2716）用位扩展方式组成。
3．微程序设计将机器的全部指令系统采用微指令序列实现的过程，叫做微程序设计。
一条机器指令对应一个微程序，11条机器指令应当对应11个微程序。
微指令格式确定后，微程序的横向设计在于正确地选择数据通路，纵向设计在于确定后继微指令地址．事实上，微程序设计的关键在于纵向设计，即如何确定下一条微指令的地址。
通常的做法是先确定微程序分支处的微地址，因为微程序分支处需要进行判别测试。
这些微地址确定以后，就可以在一个“微地址表”中把相应的微地址单元填进去，以免后面的设计中重复使用而未发现，以致造成设计错误。
五、输入输出输入输出是人机联系的重要手段，输入可采用开关、键盘等方式，输出可采用字符显示或打印输出等方式。
考虑到成本与设备因素，本模型机采用最简单的二进制开关输入和发光二极管显示的方法，换句话说，本模型机中只使用两种“外部设备”：一种是二进制代码开关，它作为输入设备；另一种是发光二极管，它作为输出设备。
本设计为了节省器件，输入输出时可以不设置专门的数据缓冲寄存器。
例如输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也就不变。
输出时，将输出数据送到数据总线BUS上，驱动发光二极管进行显示。
如果采用正规的输入输出方法，可采用相应的器件构成接口电路。
六、组装与调试1．元器件的布局与连接由图1看出，数据通路一旦确定之后，在调试过程中将会很少有变化。
因此从组装和调试的角度来看，模型机总框图可划分为如下三个相对独立的功能模块：(1)运算器、存储器和系统总线(2)时序产生器(3)微程序控制器本模型机所使用的器件较多，布线的工作量相当大，希望同学们认真、细致地工作。
元器件布局的一般原则是尽心能地按功能电路相对集中，这样做的好处是各器件之间的连线较短，同时也便于组装和调试．为了安装和调试检查方便，集成电路应当以相同方向排列。
通常总是把集成电路片的定位缺口向左，此时它的电源脚在左上角，接地脚在右下角。
这种排列有利于设置电源线与地线。
规整的布线不仅对调试维修带来方便，也可以保证线路可靠地工作，任何马马虎虎的接线将会给调试带来难以想象的后果，因此在布线前必须对布线质量给予高度重视。
2．分调试按功能模块进行分调是实现总调的前提和基础，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证全机的正确运行。
为此必须—步一个脚印、精心做好分调试，切不可赶急图快，以免在未做好分调的情况下进入总调，而最后又不得不返回头来重新分调。
分调的重点放在时序产生器和微程序控制器上。
3．总调当各模块分调正常后，可将控制器发出的控制信号线接到相应的功能部件中去，转入全机总调试。
总调的第一步，事实上是检查全部微程序流程图。
方法是用单步方式读出并执行微指令。
进行的顺序是：先执行控制台指令的微程序流程图，然后执行机器指令的微程序流程图。
当全部微程序流程图检查完毕后，如果存储器和运算器功能执行正确，就算总调第一步完成。
第二步是在内存中装入包括有全部指令系统的一段程序和有关数据，进一步可采用单指令方式或连续方式执行，以验证机器执行指令的正确性。
第三步是编写一段表演程序，令机器运行。
实习经验首先因设计出ALU计算器模块、R4~R0零时寄存器选择模块、数据通路模块、存储器模块、计数器模块，最后在根据之前设计所需的信号与结果设计安排cpu 控制模块，这样的设计思路清晰，省时省力。
而我在实验室采取了完全相反的步骤，先设计了cpu控制模块，最后根据控制模块设计其他模块，使得其他模块无法正常匹配cpu模块，不断地修正cpu模块，前后重写代码4次之多严重影响了试验进程。
此经验教训应当谨记。
试验步骤：实验步骤会按照正确的顺序进行，即将cpu控制模块的设计放在最后，先说明其他模块的设计。
ALU计算模块：设计思想：数据通路模块：数据通路模块的作用是控制数据在总线上的传输，包括个寄存器的载入、释放，ALU运算器操作数输入、结果的输出等部分R4~R1选择模块：选择模块的功能在这个实验中很重要，其可以大量减少cpu控制模块的状态设置，选择器最基础的功能有根据指令的要求确定特定的临时寄存器的释放和载入。
同时根据设计的需要，还要有存储备选数据的能力，避免被总线的上的数据影响最终的选择结果。
设计思路：有四个临时寄存器，可以由两位决定二进制值决定各个寄存起的编号，可由2—4译码器实现此功能。
选择器要能起到选择正确顺序是临时寄存器工作的作用，所以要有控制端控制第一顺序操作的临时寄存器和第二时间操作的临时寄存器（该cpu对寄存器的操作最多只有两个操作步）。
最后要决定对所选的临时寄存器是载入还是释放，或者既不载入也不释放。
根据这一思路设计的选择模块如下：载入选择：存储预选值选择寄存器操作顺序选是否进行操作选置１有释放选择：置０有波形仿真：CL 和CB 控制载入/释放次序，0表示第一顺序载入/释放，1表示第二顺序载入/释放。
RL 和RB 控制是否确认载入/释放，根据指令置1打开确认，置0否认。
波形图显示预算结果得08，为正确值。
数据通路模块：数据通路模块的作用是将数据正确的在各模块之间传输，要避免各种可能的冲突，例如外部数据和R4~R1之间数据的冲突，R4~R1之间的数据冲突，地址数据的和信息数据的冲突等。
同时要保证个数据在能够正确地载入和释放，要求在争取的时间，正确的顺序载入争取的数据寄存器或临时寄存器。
这点要求和时序电路的真确配合，还有寄存器选择电路的配合。
设计思路：根据试验的要求，数据通路需要一个ALU 运算模块，两个数据寄存器，其功能是保存操作数并将得到的操作数直接送入ALU 预算模块进行预算。
4个零时寄存器R4~R1，一个数据选择模块，控制外部数据输入的计数器。
设计图下：总线数要操作的寄存器 顺序为：R3，R2DR1载DR2载第2载入选第一载入选第1释放选第2释放选确认载确认释波形仿真：ALU模块数据总数据总ALU模块数据寄存临时寄存载入选择释放选择外部数据输外部数总线数1序载2序载载入确1序释2序释释放确确认正确结果总线数据关闭显示总线显示ALU数据数据传输模块仿真的程序为分别载入数据03和05进行加法运算并显示结果。
首先外部数据输入SW_BUS，CL根据IR3..0的指令选择相应临时寄存器,由RL确认载入后，数据由SW_BUS依次先后载入R3、R2关闭SW_BUS，CB根据IR3..0的指令选择相应临时寄存器,由RB确认释放后，数据由R3、R2依次先后释放，由DR1、DR2先后载入DR1、DR2载入数据后数据直接送入ALU预算模块中进行预算，之后打开ALU_BUS，在总线上显示运算结果，可以看到运算结果正确，说明之前的操作过程并没有出现任何错误。