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微程序控制器模型计算机设计

基于微程序控制器的模型计算机设计

1.课程设计的目的 (1)

2.课程设计要求 (1)

3.课程设计报告内容 (1)

1）、系统主要功能 (1)

2）、总体设计 (2)

3）、微程序控制器 (3)

4.汇编语言测试程序 (6)

5.机器语言测试程序 (6)

6、详细设计原理图 (7)

7、机器指令运行波形 (7)

9.设计总结及体会 (8)

参考文献 (8)

1.课程设计的目的：

1）、融会贯通教材各章的内容，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，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，培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计的实践和经验。

2.课程设计要求：

根据给定的数据格式和指令系统，一台微程序控制的8 位模型计算机，并运行能完成一定功能的机器语言程序进行验证。

课程设计完成的内容

1) 系统的总体设计，画出模型机数据通路框图；

2) 微程序控制器的设计，包括设计所有机器指令的微程序流程图；设计微指令格式（建议采用全水平型微指令），设计微程序代码表（根据微程序流程图和微指令格式来设计）；

3) 根据设计的指令格式，将汇编语言源程序手工转换成机器语言源程序

4) 画出模型机的原理图；

5) 画出模型计算机指令执行波形图

3.课程设计报告内容：

1）、系统主要功能

A、数据格式

数据字规定采用定点整数补码表示法，字长8 位，其中最高位为符号位，其格式如下：

7 6 5 4 3 2 1 0

符号位尾数

B、指令格式

本设计CPU 指令系统中使用5 条机器指令，其格式与功能说明如下：

表1 模型机指令系统及指令编码形式

助记符机器指令码Addr地址码功能说明

IN 20H “INPUT”中的数据→R0 ADD addr 40H XXH R0+[addr]→R0

STA addr 60H XXH R0→[addr]

OUT addr 80H XXH [addr]→BUS

JMP addr A0H XXH add r→PC

IN 指令为单字长（字长为8bits）指令，其功能是将数据开关的8 位数据输入到R0 寄存器。

ADD 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0 寄存器的内容与内存中地址为A 的数相加，结果存放在R0 寄存器中。

STA 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0 寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。

OUT 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示之。

JMP 指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。

2）、总体设计

总体设计的主要任务是根据指令系统的要求，选定所用器件，设计总框图（数据通路）。总体设计的主要步骤如下：

A、对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量；

B、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，使得由指令系统所要求的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求；

C、检查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；

D、检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。

以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。方案确定后，检查所选用的各个器件是否满足数据通路的要求。数据通路的设计和器件的选择应同时进行，接入总线的器件都要有三态输出，以便与总线连接。

本课题采用下图中所示的设计方案，本方案没有考虑乘法和除法指令操作，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。

图1.系统总体框图（数据通路图）

3）、微程序控制器

数据通路图一旦确定，数据流的通路，运算器和控制器的结构也就确定了。图1中各功能器件上标注的控制信号，就是微程序控制器设计的依据。

A、微指令格式

微指令格式采用水平型微指令格式，微指令格式如下：

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16

****** ****** ****** ****** ****** ****** S3S2S1S0M Cn LOAD WE LDR0LDDR1 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 4 5 3 2 1 0 LDDR2 LDIR LDAR ALU-B R0-B SW-B PC-B RAM-B LDPC P1 ****** UA4 UA3 UA2 UA1 UA0

各字段说明如下：

uA4~uA0：微程序控制器的微地址输出信号，是下一条要执行的微指令的地址。 S3、S2、S1、S0：由微程序控制器输出的ALU 操作选择信号，以控制执行16 种算术操作或16 中逻辑操作中的某一种操作。

M：微程序控制输出的ALU 操作方式选择信号。M=0 执行算术操作；M=1执行逻辑操作。

Cn：微程序控制器输出的进位标志信号，Cn=1 表示ALU 运算时最低位有进位；Cn=0 则表示无进位。

LOAD：PC 程序计数器初始值装载信号

WE：WE=0.存储器读；WE=1，存储器写。

LDR0：R0 通用寄存器装载信号

LDDR1：DR1 暂存器装载信号

LDDR2：DR2 暂存器装载信号

LDIR：IR 寄存器装载信号

LDPC：PC 程序计数器自动加一信号

LDAR：AR 寄存器装载信号

ALU-B：ALU 运算结果输出三态门控信号

R0-B：R0 输出三态门控信号

SW-B：SW 输出三态门控信号

PC-B：PC 输出三态门控信号

RAM-B：RAM 输出三态门控信号

P1：微程序分支处的判别测试。P1=1，控制器对当前的机器指令进行翻译。

******：无定义，备用

B、微程序控制器

微指令长度为31 位，据此可以确定控制存储器的字长也应为31 位。微指令格式确定后，微程序的横向设计在于正确选择数据通路，纵向设计在于确定后继微指令地址。纵向设计的通常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，这些微地址确定后，就可以在“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，以致造成设计错误。

当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段应指明P1 测试。“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，P1 测试的结果导致微程序出现多路分支。在本模型机中，只拟设计5 条机器指令，故用指令寄存器的前3 位（IR7-IR5）作为测试条件，微程序可以实现8 路转移，但我们只用到前5 路分支后的微地址分别定为00100B-10100B （即04H-14H ）。 C 、微程序流程图：

图2.微程序流程图

00 00

1E 0D 0F

0B 0A

14 10 0C 08 04 JMP OUT STA ADD IN 运行微程序

PC →BUS BUS →AR PC+1

RAM →BUS BUS →IR

P(1)

PC →AR PC+1 RAM →BUS BUS →AR RO →BUS BUS →RAM

PC →AR PC+1 RAM →BUS BUS →AR RAM →BUS

PC →AR PC+1 RAM →BUS BUS →PC

PC →AR PC+1 RAM →BUS BUS →AR RAM →BUS BUS →DR2 R0→DR1

(DR0)+(DR1)→R0

SW →R0

E、微代码表设计如下：

地址*

0 0 00 00 22 81

1 1 1 1

0 1 00 00 41 40

1 1 1

0 4 00 02 04 00

1 1

0 8 00 00 22 89

1 1 1 1 1

0 9 00 00 21 0A

1 1 1 1

0 A 00 00 81 0B

1 1 1 1 1

0 B 00 01 08 0F

1 1 1 1 1 1

0 F 03 81 90 00

1 1 1 1 1 1

0 C 00 00 22 8D

1 1 1 1 1 1

0 D 00 00 21 0E

2 1 1 1 1

0 E 00 04 08 00

1 1

1 0 00 00 2

2 91

1 1 1 1 1

1 1 00 00 21 0E

1 1 1 1 1

1 2 00 00 01 00

1 4 00 00 81 0F

1 1 1 1 1 1

1 5 00 08 01 00

1 1

F、微程序控制器的逻辑结构框图

4.汇编语言测试程序

根据指令系统编写汇编语言测试程序。

IN；

ADD 10H；

STA 11H；

OUT 11H；

JMP 00H；

5.机器语言测试程序

根据设计的指令格式，将汇编语言测试程序手工转换成机器语言源程序，并将其写入到模型机中的RAM 中去。与上述汇编语言源程序对应的机器语言源程序如下：

助记符RAM地址机器代码功能说明

IN 00 20 SW→R0

ADD 10H 01 40

R0+[10H]→R0 02 10

STA 11H 03 60

R0→[11 H] 04 11

OUT 11H 05 80

[11 H]→BUS 06 11

JMP 00H 07 A0

Add r→PC 08 00

数据段

***

*********** ***********

***********

*********** 10 65H *********** 11

***********

6、详细设计原理图：

各元件如下图所示，根据数据通路，画出模型计算机整体原理图。

7、机器指令运行波形：

9.设计总结及体会

虽然这只是一次的简单的课程设计，可是平心而论，也耗费了不少的心血，这就让我不得不佩服专门从事这方面的技术前辈，才意识到要想在此方面有所成就需要克服的困难太多了。要有足够的耐心和毅力，不怕失败，一次次的调试直到成功为止。遇到不懂得及时查资料，并记录。没有不能弄懂的事情，只有不想去弄懂的人，只要努力了就有收获。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

参考文献

[1] 罗克露，单立平，刘辉，俸志刚．计算机组成原理．北京：电子工业出版社，2004。

[2] 张兴忠，阎宏印，武淑红．数字逻辑与数字系统．北京：科学出版社，2004。

[3] 杨春武，于艳丽，刘敬晗．tec-ca学生实验指导书．北京：清华大学科教仪器厂，2005。

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、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：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

计算机硬件课程设计--简单模型机设计

计算机硬件综合课程设计报告

简单模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC机一台，排线若干，串口线一根。软件：CMP软件二、设计目的 1.通过对一个简单计算机的设计，对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。 2.通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能力。 3.通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法。 4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决。

三、设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图1-1所示。图1-1 简单模型机连线图四、设计说明本次课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器

来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本次课程设计采用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT （输出）、JMP （无条件转移），其指令格式如下（前4位为操作码）：助记符机器指令码说明微程序入口地址 IN 0000 0000 “INPUT DEVICE ”中 10 的开关状态→R0 0001 0000 ×××× ×××× R0+[addr]→R0 11 0010 0000 ×××× ×××× R0→[addr] 12 0011 0000 ×××× ×××× [addr]→BUS 13 0100 0000 ×××× ×××× addr →PC 14 ADD addr STA

计算机组成原理模型计算机设计实验报告

洛阳理工学院实验报告系别计算机与信息工程学院班级学号姓名课程名称计算机组成与系统结构实验日期实验名称实验八模型计算机设计成绩实验条件: 1、 DJ-CPTH 超强型组成原理实验箱 2、 PC 机一台实验要求：设计模型计算机，并利用CPTH 实验仪的上位机软件控制该模型计算机，实现模型机的数据传送功能。实验目的： 1、掌握微程序控制模型计算机的基本工作原理和设计方法。 2、掌握微程序存储器uM 的控制方法和上位机软件的使用方法。实验步骤： (1)运行CPTH ，新建文件。 (2)录入下表中第3列，保存为EX1.ASM 。 (3)单击菜单“汇编”的“汇编下载”。 (4)按“单步”运行，观察A /R0/ R1的变化，记录变化情况。 (5)按“复位”。 (6)按“单步”运行，打开“跟踪”标签，观察微程序和微地址变化，按下表记录变化情况，并填写每一步的功能。程序地址机器码机器指令功能 00 01 7C 12 mov a,#12h 传送12H 到A 02 80 mov r0,a 传送12到R0 03 81 mov r1,a 传送12到R1 04 05 7C 1E mov a,#30 传送30到A End

状态PC EM IR 微程序功能 T0 01 7C 7C CBFFFF 取出00号单元指令，打入IR T1 01 7C 7C C7FFF7 传送12H到A T0 03 80 80 CBFFFF 取出02号单元指令，打入IR T1 03 80 80 FFFB9F 传送12H到R0 T0 04 81 81 CBFFFF 取出03号单元指令，打入IR T1 04 81 81 FFFB9F 传送12H到R1 T0 05 7C 7C CBFFFF 取出04号单元指令，打入IR T1 05 7C 7C C7FFF7 传送30到A T0 07 00 00 CBFFFF 取出结束指令，同时结束运行实验过程如图所示：

计算机组成原理课程设计硬布线控制器的设计与实现

硬布线控制器的设计与调试教学目的、任务与实验设备教学目的熟练掌握实验5和硬布线控制器的组成原理与应用。复习和应用数据通路及逻辑表达式。学习运用ISP（在系统编程）技术进行设计和调试的基本步骤和方法，熟悉集成开发软件中设计调试工具的使用，体会ISP技术相对于传统开发技术的优点。教学任务按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台硬布线控制器控制的模型计算机。根据设计图纸，在通用实验台上进行组装，并调试成功。在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。实验设备微操作控制信号·····CnC1结果反馈信息指B1硬布线控制器指令（组合

逻辑网络）令Bn译寄码ispLSI1032E-70LJ84存模器块 T1W1T1W4启动 TJ停止节拍脉冲节拍电位/时钟发生器SKIP复位硬布线控制器结构方框图计算机组成原理实验系统一台－4TEC 直流万用表一只器件，则需要一台ISP）ispLSI1032。采用集成电路建议使用ISP芯片（一片作设计、编程和下载使用。ispEXPERT)机运行设计自动化软件(例如PC 总体设计思路（描述指令系统，给数据通路）条机器指令。实验设计中采用12采用与模型计算机相同的指令系统，即条指令93条机器指令，只保留该指令系统的子集：去掉中断指令后的。采用的数据通路和微程序控制器方案相同。 ·数据通路图和数据通路控制信号 DBUS

CINS S2T4CEL#CER端口指令口端数据S1ALUALU_BUS LRW(T3)口端A口端BS0RAM LDAR1(T4) LDDR1(T3)LDDR2(T3)AR1_INC LDAR2(T2)AR1AR2DR2DR1M3MUX3M1M2MUX2MUX1DBUS LDPC(T4)RS_BUS#IAR_BUS#PC PC_ADD LDIAR IAR ALU2PC_INCRD0、RS0RD1、RS1端口B端口A RF WR0、 WR1WRD(T2)LDR4(T2)R4LDER(T4)ER M4MUX4DBUS SW_BUS#WR0、WR1RD0RD1、RS0、RS1控SW7—SW0制器控制..LDIR(T4)信IR.INTQ、C号图4数据通路总体图2．控制器的设计思路硬布线控制器能够实现控制功能，关键在于它的组合逻辑译码电路。译码电路的任务就是将一系列有关指令、时序等的输入信号，转化为一个个控制信号，输出到各执行部件中。根据硬布线控制器的基本原理，针对每个控制信号S，可以列出它的译码

模型计算机系统的设计与实现

题目：模型计算机系统的设计与实现学生姓名：学院：班级：指导教师： 2010年1 月8 日

内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机组成与结构课程设计学院：信息工程学院班级：计07-_3班__ 学生姓名：武宝全 _ 学号： 200710210023 指导教师：董志学王晓荣邢红梅

摘要本次课程设计要求设计实现一个简单8位模型计算机系统，包括用可编程器件实现的运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。通过自己定义的一套指令系统，主要实现算术A加B,A+/B运算,逻辑A·B,置B运算，输入指令，输出指令和存储器存数指令。由微程序控制器按照微指令格式给出下地址，并将结果存入存储器。用Protel电路设计软件画出所设计的模型机系统的电路原理图，包括运算器，微程序控制器，存储器、简单输入／输出设备、时序和启停等电路。用可编程器件EPM7123实现运算器，并借助MAXPLUSII软件实现其功能。在QDKJ－CMH－CPLD试验平台上调试并进行验证。关键字：微程序、控制器、存储器、

引言通过俩周的组成与结构设计，设计一个8位模型计算机系统，包括用可编程器件实现的运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。设计工作是在之前的验证实验基础之上完成的，通过自己的思维，实现微程序机的一些基本的逻辑运算。根据现有的二进制指令系统，条件为模型计算机系统为8位模型机，运算器为8位运算器，数据总线和地址总线都为8位，输入设备为8位开关，输出设备为8位发光二级管指示灯。在现有的芯片内烧制自行设计的微指令，达到在输入一个数据后自加，减一，实现自行跳转。在设计完成后，再输入数据04后得出07的结果，并实现跳转。

计算机组成原理课程设计基本模型机设计与实现

课程设计（大作业）报告课程名称：计算机组成原理设计题目：基本模型机设计与实现院系:信息技术学院班级:计算机科学与技术3班设计者：学号：指导教师：________________________________ 设计时间：昆明学院信息技术学院课程设计（大作业）任务书姓名：院（系）：信息技术学院专业：计算机科学与技术学号：课程设计题目：基本模型机设计与设计课程设计要求：本课程设计以ZYE1603E计算机组成原理及系统结构教学实验系统为平台，设计完成。 1. 按给定的数据格式和指令系统，设计一个微程序控制器。 2. 设计给定机器指令系统以及微程序流程图，按微指令格式写出微程序的为指令代码。 3. 连接逻辑电路完成启动、测试、编程、测试、效验和运行，并观测运行过程及结果。 4. 将微程序控制器模块与运算器模块，存储器模块联机，组成一台模型计算机。 5. 用微程序控制器控制模型机的数据通路。 6. 通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立计算机整机的概念，掌握计算机的控制机制。 7. 按指定的应用项目进行汇编指令格式及功能设计，并设计相应的机器指令代码，按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序。在PC机上编辑机器指令和微程序, 装载代码到ZYE1603B实验系统并运行，实现应用要求。工作计划及安排：

2017年6月19日上午：集中进行课程设计题目的讲解和分解，提出学生需要掌握的硬件和软件方面的知识和要求；以及在课程设计期间的安全和纪律要求，熟悉开发环境（ZYE1603B （4401 机房）。 2017年6月19日下午：查阅资料、确定题目，了解各人（小组）设计安排，就设计过程进行集中讲解，解决设计过程存在的问题。 2017年6月20日~6月22日：在机房进行系统的设计。 2017年6月23日上午：分组讨论，进行交流，了解学生的掌握情况，对本周的学习情况进行总结，对后续的设计提出要求；对存在的问题进行分析和解决。（机房）。 2017年6月23日下午：答辩，成绩评定。指导教师签字_________________ 2017年6月19日

微程序控制器设计与调试实验报告

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：R 0～R 3 ，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

模型计算机的设计论文讲解

目录 1模型机设计方案及步骤 (2) 1.1设计方案 (2) 2指令格式 (4) 2.1指令格式 (4) 2.2指令集 (5) 3数据通路 (6) 4指令操作流程 (6) 5微操作控制信号的逻辑表达式 (14) 6微信号简化 (18) 7微信号电路图 (18) 8模型机微控制信号连线图 (19) 9总结与体会 (20) 10附录 (21)

模型计算机的设计 1模型机设计方案及步骤 1.1设计方案本次课程设计主要任务是设计一模型计算机并利用组合逻辑控制器或微程序进行设计，且至少实现4条CPU指令（从ADD，SUB，XOR，AND，OR中选择）。在此我选择使用组合逻辑控制器（硬连线）方式设计，并实现ADD，SUB，AND，OR四条指令。四条指令意义如下： ADD数学计算两个数的和 SUB数学计算两个数的差 AND逻辑运算两个数的并 OR逻辑运算两个数的或对于以上设计的理由如下： 1.对于方式的选取我们选取硬连线实现，因为此次我们设计的模

型机较为简单，而且采用元件较少，我们采用硬连线可以使用最少的元件从而取得较高的操作速度。 2.对于字长的选取，多方面考虑后，基于资源和设计的需要可以采用八位字长。由于共有四条指令，为了满足选取所以选取其中2位作为OP操作，由于在对数的操作中不仅涉及到对数据的存储还会牵连到指令的操作，在此指令的操作有四条指令所以必须有四个储存单元，加上存储数据的一个单元，一共需要五个单元，再由于计算机存储字长值的限制，选不出5个存储单元的字长。所以至少为3位，其中给出的是8个存储单元，对于寄存器，只有一个数据需要存储，所以1位就行了，但是考虑到计算机存储的限制，所以我们可以把后3位扩展给它。所以共有8位。其中3位表示内存单元地址，用3位表示寄存器编号。加上两个必须的寄存器，其中寄存器有R0、R1、PC、IR。 3.对于内存的选取我们在实际过程中买不到这么小的内存，所以实际操作中可以将前几位置零（接地），用后几位表示即可。最终根据以上理由我们规定它有8位的数据线D[7：0]，执行4条指令，每条指令的长度为1byte，因而它有6位的地址线A[5：0] 。它可以存取的存储器为64byte（1byte=8bits）我们为该CPU定义以下寄存器：

组成原理课程设计-设计一台模型计算机

计算机组成原理课程设计一、基本要求：设计一台模型计算机具体内容： 1. 数据格式和指令系统 2. 数据通路 3. 时序系统 4. 微指令格式 5. 微程序控制器 6. 微程序流程图 7. 微程序代码表二、模型机设计 1. 数据格式和指令系统的约定 1) 数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中: 第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。 2) 指令系统模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令（9条）、I／O指令（4条）、访内及转移指令（2条）和停机指令（1条）。因为指令系统共16条指令，所以操作码是4位。由于模型机机器字长为8位，故设计单字长指令和双字长指令供使用。 (1) 算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式。

(2) 访内指令及转移指令模型机设计2条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，2条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC)，指令格式为： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，X为寻址方式，其定义如下： (3) 输入输出指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码快作为输出设备。 (4) 停机指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 这类指令只有一条，即停机指令HALT (5) 模型机指令系统

微程序控制器的基本原理

微程序控制器的基本原理 1、控制存储器：控制存储器是微程序控制器中的核心部件，通常由只读存储器ROM 器件实现，简称控存。 2、微指令：控制存储器中的一个存储单元（字）表示了某一条指令的某一操作步骤的控制信号，以及下一步骤的有关信息，称该字为微指令。作用：准确提供了指令执行中的每一步要用的操作信号及下一微指令的地址。 3、微程序：全部微指令的集合称为微程序。 4、微程序控制器的基本工作原理：根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。 5、得到下一条微指令的地址的有关技术：要保证微指令的逐条执行，就必须在本条微指令的执行过程中，能得到下一条微指令的地址。形成下条微指令地址（简称下地址）可能有下列五种情况： ①下地址为本条微指令地址加1； ②微程序必转某一微地址，可在微指令中给出该微地址值； ③根据状态标志位，选择顺序执行或转向某一地址； ④微子程序的调用及返回控制，要用到微堆栈； ⑤根据条件判断转向多条微指令地址中的某一地址，比③更复杂的情况。如：若C=1，转移到 A1 微地址；若S=1，转移到 A2 微地址；若Z=1，转移到 B1 微地址；这种情况，在微指令中直接给出多个下地址是不现实的，应找出更合理的解决方案。

微指令的格式和内容：下地址字段控制命令字段补充：微指令编码的方法（1）直接表示法（水平型微指令）：操作控制字段中的每一位带代表一个微操作控制信号。如教学实验计算机的微指令56位（2）编码表示法（垂直型微指令）：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组，通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码。（3）混合表示法：将直接表示法与编码表示法相混合使用。下地址字段的内容得到下地址的方法由指令操作码得到微指令顺序执行在微指令下地址字段中表示清楚: 使用哪种方法哪个判断条件，

模型计算机设计方案的制定

一、设计任务与要求：任务： 1．设计一个8位模型计算机系统，包括运算器，微程序控制器，存储器、简单输入／输出设备、时序和启停等电路； 2．画出系统组成框图，指出各个部分的功能和实现途径； 3．针对所设计的模型机系统，每组学生自己定义一套简单的指令系统，给出助记符指令格式，分配指令的机器代码，指出指令的功能； 4．写出设计方案。要求： 1．所设计的模型计算机系统为8位模型机，运算器为8位运算器，数据总线和地址总线都为8位，输入设备为8位开关，输出设备为8位发光二级管指示灯； 2．每组定义的指令系统为4至8条指令，必须包含本组运算器特有运算功能的指令，每组必须有两条以上指令与其他组不同，经老师审核后确定； 3．每组制定一份设计方案。二、系统组成框图及各部分的功能和实现途径：（一）、系统的总体结构框图：图1 总体结构框图（二）各个部分的功能和实现途径： 1、收发器74LS245 8一位无反相输出三态输入

2.、D型触发器74LS273 8一位清零输入 Q0＝在时钟脉冲上升沿之前QT的输出3、算数逻辑单元功能发生器74LS181 4一位 16一功能逐位进位输出

4.、2K CMOS静态随机存贮器RAM（2048×8）6116 5、D型触发器74LS374 8一位透明的无反相 3一态输出 6、累加器74LS163 4一位二器异步清零输入上计数器可计数输入置位输入行波进位输出异步计数

三、简单指令系统：（1）IN A，DATA。指令码10，A指R0，DATA指SW7－SW0上的数据输入到R0寄存器。是输入指令。（2）ADD A，B。指令码20 ，A指R0，B指R1，将R0寄存器的内容与R1寄存器的内容相加，结果送R0，是加法指令。（3）SUB A，B。指令码30，A指R0，B指R1，将R0寄存器的内容与R1寄存器的内容相减，结果送R0，是减法指令。 (4) OPP A，(OPP)。指令码40 OPP，A指R0，OPP为贮存器地址。将R0寄存器的内容与内存中以OPP为地址单元内的数相乘，其中这个数为-1，目的是求相反数，是求相反数指令。（5）MUL A，B。指令码50，A指R0，B指R1，将R0寄存器的内容与R1寄存器的内容相乘，结果送R0，是乘法指令。（6）STA（STA），A。指令码60 STA，A指R0，STA为存贮器地址。将R0寄存器的内容存到以STA 为地址的内存单元中。（7）OUT BUS，（STA）。指令码70（STA），BUS为数据总线，STA为存贮器地址。将内存中以STA 为地址的数据读到总线上。（8）JMP OPP。指令码80 。OPP指存贮器地址。程序无条件地转移到OPP（可以是存贮器中不同的地址）所指定的内存单元地址。其中实现求相反数指令后，可以根据求出的相反数实现减法运算；将求相反数指令中的（OPP）换做寄存器R1加以修改可以实现乘法运算。本次实验的主要目的是实现两个数的相加以及实现求一个数的相反数。（注：文件素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注。）

基本模型机设计及实现

基本模型机设计及实现文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

课程设计任务书课程名称：计算机组成原理设计题目：（共3个课题，最多3人一组，每组任选一题） 1.基本模型机设计与实现； 2.带移位运算的模型机的设计与实现； 3.复杂模型机的设计与实现。已知技术参数和设计要求：内容和技术参数：利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统，微机，虚拟软件。将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。 1.基本模型机设计与实现指令系统至少要包括六条不同类型指令：如一条输入指令，一条减法指令,一条加法指令，一条存数指令，一条输出指令和一条无条件转移指令。 2. 带移位运算的模型机的设计与实现在基本模型机的基础上增加左、右循环和左、右带进位循环四条指令 3. 设计不少于10条指令的指令系统。其中，包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。以上数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。

具体要求： 1、确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。 3、总体结构与数据通路总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。 4、设计指令执行流程数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。 5、确定微程序地址根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。 6、微指令代码化根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。

微程序控制器实验报告 (2)

组成原理No、4实验－-- 微程序控制器实验组员: 组号:２1号时间:周二5、６节?

【实验目的】 (1)掌握时序发生器的组成原理。 (2)掌握微程序控制器的组成原理。 (3)掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行情况【实验设备】 TDN-CＭ++, 【实验原理】微程序控制器的基本任务就是完成当前指令的翻译与执行,即将当前指令的功能转换成可以控制硬件逻辑部件工作的微命令序列,以完成数据传输与各种处理操作。它的执行方法就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,该存储器称为控制存储器。实验所用的时序控制电路框图如图1 所示, 可产生四个等间隔的时序信号TS1~TS4。在图1中,为时钟信号,由实验台左上方的方波信号源提供,可产生频率及脉宽可调额方波信号;STEP就是来自实验板上方中部的一个二进制开关STEP的模拟信号;SＴＡRT 键就是来自实验板上方左部的一个微动开关ＳTART的按键信号。当STEP开关为EXＥＣ(0)时,一旦按下ＳTART启动键,时序信号ＴＳ1~TS4将周而复始地发送出去。当ＳＴＥP为STEP(1)时,按下STＡRT启动键,机器便处于单步运行状态,即此时只发送一个CPＵ周期的时序信号就停机了。利用单步方式,每次只读一条微指令,可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外,如果STＥP开关置“ＳTEＰ”,会使机器停机,CLR开关执行1→0→１操作可以使时序清零。时序状态图如下图所示。 ?由于时序电路的内部线路已经连好,因此只需将时序电路与方波信号源连接,即将时序电路的时钟脉冲输入端接至方波信号发生器输入端H２３上,按动启动键ＳＴＡＲT后,就可产生时序信号TＳ１~TＳ4、时序电路的CLＲ已接至CLR 模拟开关上。 ?编程开关具有三种状态:PRＯM(编程)、ＲＥAD(校验)与RUN(运行)。微指令格式如下: 【实验步骤】

计算机基本模型机设计与实现

计算机基本模型机设计与实现万红明，李明威 ——湖北省孝感学院计算机科学系摘要：本科研项目主要在传统模型机的基础上进一步设计且实现模型机的主要组成部件（运算器，存储器，控制器，基本输入输出设备）的基本功能，结合基本硬件资源，充分利用微程序，时序，组合逻辑等控制模型机完成一些基本的指令功能。关键词：计算机组成原理模型机微指令微程序。一、模型机的硬件组成计算机是由运算器、存储器、控制器以及输入输出四大主要单元组成。它们之间通过一条公共的通道进行数据的传递和控制，即总线。其中运算器主要是负责数据的逻辑和算术运算，存储器的任务就是存放我们编写的机器指令（程序）和一般的数据存储，控制器是根据读取内存中的机器指令从而对相应的指令作出分析，继而对我们的计算机发不同的控制信号。输入输出单元则是将我们需要运行的程序写入内存，再由机器运行计算得出结果，予以显示输出。下图为模型机的基本框架：图(1) 下面我们就对模型机的硬件设计思路作一些简要的介绍(设计的重点是在微程序的设计上，在后面我们将作祥细的说明。（1）算术逻辑运算单元我们用的运算器是将两个74LS181进行级联做成一个八位的运算器，并且带有进位功能。当有进位产生时，在高四位的74LS181上的CN+4端输出一个高电平，经D触发器锁存输出并送致LED显示。74LS181有多种组合状态，因此会有多种不同的结果。我们在此只设计实现两个数据相加的功能。它的输入端直接连着两个锁存器（74LS273），它能够将输入端的数据送进锁存器内锁存，进而将数据送进运算器进行算术或逻辑运算。运算器运算后的结果将通过一个三态门（74LS245）后才能送到总线与其它的部件交换数据，设计中三态门的作用是使各部件正常工作而互不影响。（2）存储单元存储器芯片选用的是6116（2K x 8），其数据端接至数据总线，地址由地址锁存器（74LS273）给出。数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。

一台模型计算机的设计与调试

课程设计题目：一台模型计算机的设计与调试一．设计目的： 1、融会贯通教材各章的内容，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，培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计和调试的实践和经验。二．设计任务： 1、根据给定的数据格式和指令系统，设计一台微程序控制的模型计算机。 2、根据设计图，在QUARTUS II环境下仿真调试成功。 3、在调试成功的基础上，整理出设计图纸和相关文件，包括：（1）总框图（数据通路）；（2）微程序控制器逻辑图；（3）微程序流程图；（4）微程序代码表；（5）设计说明书；（6）工作小结。三．设计的数据格式和指令系统： 1、数据格式数据字规定采用定点整数补码表示法，字长8位，其中最高位为符号位，其格式如下： 2、指令格式本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下： IN ADD STA OUT JMP 说明：IN指令功能是将数据开关的8位数据输入到R0寄存器。 ADD指令功能是将R0寄存器的内容与内存中地址为A的数相加，结果存放在R0寄存器中。STA指令功能是将R0寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。 OUT指令功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，并显示。JMP指令功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。四、总体设计： 1、总体设计的主要任务是选定所用器件，设计指令流和数据流的数据通路，根据指令系统的要求，总体设计的主要步骤如下：（1）对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量；

微程序控制器与组合逻辑控制器的区别

微程序控制器的基本原理详细图解 1、控制存储器：控制存储器是微程序控制器中的核心部件，通常由只读存储器ROM器件实现，简称控存。 2、微指令：控制存储器中的一个存储单元（字）表示了某一条指令的某一操作步骤的控制信号，以及下一步骤的有关信息，称该字为微指令。作用：准确提供了指令执行中的每一步要用的操作信号及下一微指令的地址。 3、微程序：全部微指令的集合称为微程序。 4、微程序控制器的基本工作原理：根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。 5、得到下一条微指令的地址的有关技术：要保证微指令的逐条执行，就必须在本条微指令的执行过程中，能得到下一条微指令的地址。形成下条微指令地址（简称下地址）可能有下列五种情况： ①下地址为本条微指令地址加1； ②微程序必转某一微地址，可在微指令中给出该微地址值； ③根据状态标志位，选择顺序执行或转向某一地址； ④微子程序的调用及返回控制，要用到微堆栈； ⑤根据条件判断转向多条微指令地址中的某一地址，比③更复杂的情况。如：若C=1，转移到 A1 微地址；若S=1，转移到 A2 微地址；若Z=1，转移到 B1 微地址；这种情况，在微指令中直接给出多个下地址是不现实的，应找出更合理的解决方案。

计算机的微程序控制器和组合逻辑控制器（硬连线）在组成和运行原理上有何相同和不同之处？它们各有哪些优缺点？答：微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA 工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。组合逻辑控制器和微程序控制器2011-2-15 来源：深圳市恒益机电设备有限公司>>进入该公司展台组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快。微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序；要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。具体对比如下：组合逻辑控制器又称硬布线控制器，由逻辑电路构成，完全靠硬件来实现指令的功能。组合逻辑控制器的设计步骤 ①设计机器的指令系统：规定指令的种类、指令的条数以及每一条指令的格式和功能。

8位模型计算机的设计

石家庄经济学院华信学院计算机组成原理课程设计报告题目 8位模型计算机的设计姓名学号班号 4064170801 指导老师关文革尹立洁赵洋成绩 2009年1月目录 1. 课程设计目的 52 2. 开发工具选择 52 3. 方案选择 52 4．指令系统设计 52 5. 模型机框图设计 52 6. 指令流程图 52 7. 指令操作时间表（组合逻辑控制器）或者微指令格式（微程序控制器）设计 52 8. 微操作信号综合与优化（组合逻辑控制器）或者微程序（微程序控制器）设计 52 9. VHDL实现 52 10. 调试仿真 52 11. 课程设计回顾总结 52 参考文献 52 附录 52 一、课程设计目的 1、计算机组成原理课程设计的主要任务是让学生通过动脑和动手解决计算机设计中的实际问题。综合运用所学计算机组成原理知识，在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本的模型计算机，掌握整机概念，并设计机器指令系统，编写程序，在所设计的模型计算机上调试运行。

2、通过一台模型机的设计过程，明确计算机的控制原理与控制过程，巩固和灵活应用所学的理论知识，掌握计算机组成的一般设计方法，提高学生设计能力和实践操作技能，为从事计算机研制与设计打下基础。二、开发工具选择以TEC-CA教学实验系统为平台，采用硬件描述语言 VHDL为设计工具，应用QUARTUSⅡ5.1环境进行大规模集成电路的功能设计仿真。三、方案选择应用微程序控制器来实现8位模型计算机的设计。四、指令系统设计所要设计的微程序控制器是由七条指令来完成的，即：load，sta，add，sub，and1，nop，jmp。实现功能分别如下：load指令是公操作，实现取数据的功能；sta指令实现存操作；add指令实现加法操作；sub指令实现减法操作；and指令实现与操作； nop指令实现空操作；jmp指令实现无条件跳转操作。其中add，sub，and1，属于双操作数指令，其指令格式如下图：目的源其中jmp属于转移指令，其指令格式如下图：转移条件转移地址五、模型机框图设计 I/O 六、指令流程图 Addr_bus load_MAR CS R_NW 3 OP

微程序控制器的设计

“计算机原理”课程设计任务书前言 “计算机原理”是大学本科计算机相关专业的一门核心专业基础课程，必修，其目的在于使学生了解计算机单机系统的基本组成、工作原理，培养学生从事计算机硬件分析、应用、开发的能力，为进一步学习以后的专业课打下坚实基础。该课程主要讲授单处理机系统的组成和工作原理，其中控制器的设计是课程的重点和难点。为了让学生能融会贯通各知识点，掌握微程序设计技术，增强对计算机系统各模块协同工作的认识，课程设计十分必要。本次课程设计主要是让学生通过设计系统的指令系统来进一步理解微程序控制器的设计思想和具体方法、步骤并掌握EDA技术并实现控制。

课程设计题目：微程序控制器的设计一、目的： 1、巩固并深刻理解计算机组成原理实验箱整机结构和工作原理，熟悉EDA 扩展板功能，掌握EDA技术，加深对计算机各模块协同工作的认识，以便实现控制。 2、熟悉微程序控制器组成、结构和工作原理，分析水平型微指令格式及控制字段中每一个微操作的含义，利用系统具备完全开放的特性，重新设计指令系统，掌握微程序控制器的设计思想和方法。 3、培养学生独立地分析问题、解决问题能力。二、内容：首先利用实验系统COP2000具有完全开放的特性，由学生自行设计控制器微指令格式及定义，重新设计指令系统，要求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。其次了解EDA扩展板功能，自学并掌握相关EDA技术，以实现EDA 控制。三、具体要求： 1、熟悉伟福COP2000型计算机组成原理实验仪，复习“计算机原理”课程所涉及的基础理论和基本技能，掌握微程序控制器的设计思想。 2、掌握虚拟软件的使用，学生自行设计指令系统，微程序的设计与调试可以在虚拟环境中进行。 3、自学并掌握相关EDA技术，了解EDA扩展板功能。四、设计环境：伟福COP2000型计算机组成原理实验仪，微机，EDA扩展板，虚拟软件

计算机组成原理微程序控制器

任课教师：张芳、许建龙《计算机组成原理》（2013-2014学年第2学期）实验报告学号：姓名：班级：

微程序控制器实验报告一、实验目的： 1)了解TEC-2机控制器部件的组成 2)熟练掌握56位微指令中各字段的含义 3)可以通过微码自己用监控程序编程序，实现两数相加和相减，以及更复杂的操作二、实验仪器：主机一台三、简要原理： 1．TEC-2机的控制器部件的组成 TEC-2机控制器部件的关键内容包括：（1）由7片LS6116随机读写存储器芯片组成的56位字长的微程序控制存储器，用于存放TEC-2机的微程序。其内容在刚加电时不定，加电后将首先从2片ROM（LS2716芯片）中读出固化的、用于实现53条机器指令的微程序，经组织后写入这一控制存储器，这一过程称为装入微码。装入完成后，将从监控程序的零地址执行指令，完成TEC-2机的启动过程。这之后，还可以用LDMC指令按规定的办法向控制存储器写入新的微程序，以实现新的机器指令。从简化逻辑框图上可以看到，控制存储器的地址为μRA9~μRA0，读出的信息送微指令流水线寄存器PLR。（2）微指令寄存器PLR由7片8位的寄存器芯片（6片LS374和1片LS273）组成，用于存放当前微指令的内容，更具体的说明将在后面给出。（3）微程序定序器AM2910芯片（其内部结构、引脚信号和运行原理等稍候详细说明），是微程序控制器中非常关键、也是稍微难懂一点的部分。在学习中要正确理解。它的核心功能是依据机器的运行状态与当前微指令的有关内容等，正确地形成下一条微指令的地址，以保证微程序按要求的微指令序列关系自动地逐条衔接执行。（4）程序计数器PC和当前指令地址寄存器IP，是用运算器通用寄存器组中的两个选定的寄存器R5和R6实现的，这在图上见不到。（5）指令寄存器IR，用于存放当前正在执行的指令内容。（6）为AM2910提供输入地址信号的配套线路，包括： ①由两片LS2716 ROM芯片组成的MAPROM，它将指令寄存器中的操作码转换成一段微程序的入口地址；

计算机组成原理一台模型计算机的设计

计算机组成原理课程设计……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)学习设计与调试计算机的基本步骤与方法,提高使用软件仿真工具与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与经验。 2.设计与调试任务 (1)按给定的数据格式与指令系统,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,整理出设计图纸与其她文件。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、数据格式与指令系统本模型机就是一个8位定点二进制计算机,具有四个通用寄存器:R 0～R 3,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)为符号位,小数点位置定在符号位后面,其格式如下: 2．指令格式及功能由于本模型机机器字只有8位二进制长度,故使用单字长指令与双字长指令。 ⑴ LDR Ri,D 格式功能: Ri ←M(D) （2） STR Ri,D 格式功能: