本文格式為Word版，下載可任意編輯——簡(jiǎn)單模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)一．設(shè)計(jì)題目

計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)——簡(jiǎn)單模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)

二．主要內(nèi)容

一般地講，編寫微程序可以分成以下幾步：1、設(shè)計(jì)機(jī)器的指令格式。

2、對(duì)所設(shè)計(jì)的指令進(jìn)行分析，畫出各指令的用微命令表示的微流程圖。不僅要畫出每個(gè)對(duì)應(yīng)一條微指令的功能框內(nèi)的微命令，而且要初步確定該條微指令在控存中的微地址，以便于在設(shè)計(jì)微程序時(shí)確定前一條指令的次地址NA字段和C字段的編碼。在這個(gè)過程中，一定要注意P（1）測(cè)試的規(guī)則以及指令高四位的編碼。

3、根據(jù)微流程圖的順序，一個(gè)功能框一個(gè)功能框地確定各字段的編碼，將這些字段組合即可形成一條條的微指令編碼。這些微指令的集合就是可以完成所設(shè)計(jì)的指令功能的微程序。當(dāng)然這樣設(shè)計(jì)的微程序有可能不完全正確，還需要進(jìn)一步檢查修改。

以上幾步可以用腦、手、紙、筆即可完成。

4、對(duì)設(shè)計(jì)的微程序進(jìn)行檢查修改。本模型機(jī)可以手動(dòng)地用開關(guān)將微程序輸入機(jī)器的控存。為了能將要執(zhí)行的指令輸入主存，在微程序中必需安排一端相應(yīng)的微程序；為了能檢查輸入的指令是否正確，也要設(shè)計(jì)一段微程序。

三.具體要求

1.通過使用開發(fā)的微程序分析和設(shè)計(jì)仿真軟件，熟悉介紹的為基本模型機(jī)而設(shè)計(jì)的微程序的執(zhí)行過程。必需充分理解并正確解釋下些問題：

（1）微程序中的微指令的各個(gè)字段的作用。哪些字段是不譯碼的，哪些字段是直接譯碼的，哪些字段又可以看成是字段間接編碼的。答：不譯碼的是S3～B0字段；直接譯碼的是A、B、C字段；間接編碼的是uA6～uA1。

（2）微程序中的微指令是否是順序執(zhí)行的，假使不是，那么次地址是如何產(chǎn)生的。什么狀況下，次地址字段才是將要執(zhí)行的微指令的地址。

答：微程序中的微指令不是順序執(zhí)行的。假使遇到P（1）測(cè)試時(shí)，則在每一條功能指令執(zhí)行完后，進(jìn)行一次P（1）測(cè)試，根據(jù)P（1）測(cè)試跳到下一條機(jī)器指令的微地址。P（1）測(cè)試就是根據(jù)測(cè)試程序的機(jī)器指令中的8～5位和微程序的后六位進(jìn)行或運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)分支，此次課程設(shè)計(jì)的微程序后六位設(shè)計(jì)為010000，則根據(jù)下面各功能的指令設(shè)計(jì)，IN、ADD、STA、OUT、JMP、MOV、NADD、AND、OR、XOR的入口地址分別為10H、11H、12H、13H、14H、15H、16H、17H、18H、19H。假使沒有遇到P（1）測(cè)試的話，那么次地址即為該微指令地址字段所指向的微地址。

（3）在微程序中如何根據(jù)機(jī)器指令中的相關(guān)位實(shí)現(xiàn)分支，據(jù)此，在設(shè)計(jì)機(jī)器指令時(shí)應(yīng)如何避免和解決與其它指令的微指令的微地址沖突。

答：微程序中是根據(jù)測(cè)試程序的機(jī)器指令中的8～5位和微程序中后六位進(jìn)行“或〞運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)分支的。避免和解決與其它指令的微指令的微地址沖突的方法

就是使用不同沒有被其他微指令用過的微地址。

（4）哪些微指令是執(zhí)行所有指令都要用到的。答：01:000000111110110110000010

02:000000001100000001010000

（5）解釋一條機(jī)器指令的微程序的各條微指令的微地址是否連續(xù)？這些微指令的微地址的安排的嚴(yán)重原則是什么？答：不連續(xù)。嚴(yán)重原則是將各條機(jī)器指令的入口微地址置于地址連續(xù)的地址單元中，避免其它微指令亂用這一段地址。

（6）為什么讀寫一次內(nèi)存總要用兩條微指令完成？

答：由于W/R只有兩種狀態(tài)，即要么是讀，要么是寫，所以，要完成一次讀寫總要用兩條微指令完成。

（7）機(jī)器程序中用到的寄放器是R0，是由機(jī)器指令中哪些位決定的？假使要用R1或R2，是否要改寫微程序或改寫機(jī)器指令？假使要，應(yīng)如何改寫？

答：是由機(jī)器指令中的2～1位決定。假使要用到R1或R2，那么不需要改寫微程序，但得改寫機(jī)器指令的低兩位，即2～1位，若要用到R1，則將其改為01，若要用R2，則將其改為10。

2.根據(jù)基本模型機(jī)的硬件設(shè)計(jì)五條機(jī)器指令：外設(shè)輸入指令I(lǐng)N、二進(jìn)制加法指令A(yù)DD、存數(shù)指令STA、輸出到外設(shè)指令OUT、無條件轉(zhuǎn)移指令JMP。并且增加以下五條指令：

①新加法指令NADDRD，RS：(RS)加(RS)→(RD)②或指令ORRD，RS：(RS)或(RD)→(RD)

③異或指令XORRD，RS：(RS)異或(RD)→(RD)④與指令A(yù)NDRD，RS：(RS)與(RD)→(RD)⑤數(shù)據(jù)傳送指令MOVRD，RS：(RS)→(RD)

四．進(jìn)度安排

共1.5周11天的時(shí)間，具體安排如下：

1～2天：對(duì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容作詳細(xì)的講解，并輔導(dǎo)學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的學(xué)習(xí)，使其把握和理解課程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

3～5天：學(xué)生在機(jī)房學(xué)習(xí)熟悉課程設(shè)計(jì)所使用的仿真軟件，并深入了解該仿真軟件所實(shí)現(xiàn)的模型機(jī)的指令系統(tǒng)和微程序的設(shè)計(jì)方法。

6～9天：在原有5條機(jī)器指令的基礎(chǔ)上增加實(shí)現(xiàn)下述各功能的機(jī)器指令，試設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)器指令的格式并改寫原來的微程序使其可以運(yùn)行所有的機(jī)器指令。10～11天：根據(jù)自己設(shè)計(jì)的微程序系統(tǒng)寫出相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

五．成績(jī)?cè)u(píng)定

1

正文

一.課程設(shè)計(jì)的目的

1.計(jì)算機(jī)的硬件基本組成2.計(jì)算機(jī)中機(jī)器指令的設(shè)計(jì)3.計(jì)算機(jī)中機(jī)器指令的執(zhí)行過程4.微程序控制器的工作原理5.微指令的格式設(shè)計(jì)原則

在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)可以運(yùn)行一些基本機(jī)器指令的微程序的設(shè)計(jì)

二.課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1.編寫基本模型機(jī)的指令

基本模型機(jī)的指令設(shè)計(jì)：

助記符機(jī)器指令碼說明

IN00000000；置數(shù)開關(guān)SW（KD0～KD7）的狀態(tài)→R0ADDaddr00010000××××××××；(R0)+(addr)→（R0）STAaddr00100000××××××××；(R0)→（addr）OUTaddr00110000××××××××；(addr)→輸出設(shè)備\JMPaddr01000000××××××××；addr→PC

MOV0101RSRD；RS:(RS)→(RD)

NADD0110RSRD；(RS)+(RS)→（RD）AND0111RSRD；（RS）and(RD)→（RD）OR1000RSRD；（RS）or(RD)→（RD）XOR1001RSRD；（RS）xor(RD)→（RD）說明：

十條指令分別為外設(shè)輸入指令（IN）、二進(jìn)制加法指令（ADD）、存數(shù)指令（STA）、輸出到外設(shè)指令（OUT）、無條件轉(zhuǎn)移指令（JMP）、寄放器間傳數(shù)指令（MOV）、新加法指令（NADD）、與指令（AND）、或指令（OR）、異或指令（XOR）?！痢痢痢痢痢痢痢翞橐x寫的主存儲(chǔ)器單元的二進(jìn)制地址碼。

2

2.根據(jù)基本模型機(jī)的指令畫流程圖（1）、（2）ADD11PC→ARPC+103RAM→BUSBUS→AR01PC→ARPC+102RAM→BUSBUS→IRP(1)測(cè)試IN10SW→R0STA12PC→ARPC+107RAM→BUSBUS→AROUT13PC→ARPC+109JMP14PC→ARPC+1MOV15RS→RDNAND16RS→DR1AND17RS→DR1OR18RS→DR1XOR19RS→DR10D0C01(DR1+DR1)→RD0ERD→DR21ARD→DR21B1CRD→DR201RAM→BUSBUS→AR04080ARAM→BUR0→BUSRAMSBUS→R→BUS01→DR2BUSBUS→DR1AM050BR0→DR101DR1→LED06(DR1+DR2)→R00101

流程圖（1）

RAM→BUSBUS→PC010F1D(DR1異或DR2)→RD(DR1與(DR1或DR2)→DR2)→RDRD010101

301PCBLDARLDPC02CE有效W/R=0LDIRP(1)測(cè)試ADD11PCBLDARLDPC03STA12PCBLDARLDPC07CE有效W/R=0LDAR08R0BCE有效W/R=1OUT13PCBLDARLDPC09CE有效W/R=0LDAR0ACE有效W/R=0LDDR10B01ALUBLEDBALU=AW/R=10C01JMP14PCBLDARLDPCMOV15RSBLDRiIN10SWB有效LDRiNADD16RSBLDDR10DALU做新加法LDRiALUBAND17RSBLDDR10ERDBLDDR20FOR18RSBLDDR11ARDBLDDR21BALU做“或〞LDRiALUBXOR19RSBLDDR11CRDBLDDR21DALU做“異或〞LDRiALUB01CE有效W/R=0LDAR04CE有效W/R=0LDDR205R0B有效LDDR106ALU做加法LDRiALUB01

CE有效W/R=0LOAD0101ALU做“與〞LDRiALUB01010101流程圖（2）

4

3.根據(jù)基本模型機(jī)微指令格式按流程圖順序?qū)懗鑫⒊绦虼a：

編寫的機(jī)器指令代碼如下:

01:00000011111011011000001002:00000000110000000101000003:00000000111000000000010004:00000000101100000000010105:00000011101001000000011006:10010111100110100000000107:00000000111000000000100008:00000010100000100000000109:0000000011100000000010100A:0000000010100000000010110B:0000011100001010000000010C:0000000011010000000000010D:1100011110011010000000010E:0000001110110100000011110F:10111111100110100000000110:00000000000100000000000111:00000011111011011000001112:00000011111011011000011113:00000011111011011000100114:00000011111011011000110015:00000011100100100000000116:00000011101000100000110117:00000011101000100000111018:00000011101000100001101019:0000001110100010000111001A:0000001110110100000110111B:1110111110011010000000011C:0000001110110100000111011D:011011111001101000000001

5

下面是利用該軟件設(shè)計(jì)的微程序編碼及各條微指令的功能分析：24232221201901:000000無效02:000000無效03:000000無效04:000000無效05:000000無效06:100101ALU作加法07:000000無效08:000000無效09:000000無效0A:000000無效0B:000001ALU=A0C:000000無效0D:110001ALU（A+A）0E:000000無效0F:101111ALU與10:000000無效11:000000無效12:000000無效13:000000無效14:000000無效

181716111無效151413121110B110PCB000無效000無效000無效010RDB101ALUB000無效001RSB000無效000無效101ALUB000無效101ALUB010RDB101ALUB000無效110PCB110PCB110PCB110PCB6

987C110LDPC001P(1)000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效110LDPC110LDPC110LDPC110LDPC654321uA6uA5uA4uA3uA2uA1000010轉(zhuǎn)微地址：02010000轉(zhuǎn)微地址：NA（4～1位）或IR（8～5位）000100轉(zhuǎn)微地址：04000101轉(zhuǎn)微地址：05000110轉(zhuǎn)微地址：06000001轉(zhuǎn)微地址：01001000轉(zhuǎn)微地址：08000001轉(zhuǎn)微地址：01001010轉(zhuǎn)微地址：0A001011轉(zhuǎn)微地址：0B000001轉(zhuǎn)微地址：01000001轉(zhuǎn)微地址：01000001轉(zhuǎn)微地址：01001111轉(zhuǎn)微地址：0F000001轉(zhuǎn)微地址：01000001轉(zhuǎn)微地址：01000011轉(zhuǎn)微地址：03000111轉(zhuǎn)微地址：07001001轉(zhuǎn)微地址：09001100轉(zhuǎn)微地址：0CS3S2S1S0MCnWEB1B0A110LDAR001100從主存讀LDIR001110從主存讀LDAR001011從主存讀LDDR2111無效111無效010LDDR1001LDRi001110從主存讀LDAR101000向主存寫無效001110從主存讀LDAR001010從主存讀LDDR1110向LED000寫無效001101從主存讀LOAD111無效111無效111無效001LDRi011LDDR2001LDRi000001從SW讀LDRi111無效111無效111無效111無效110LDAR110LDAR110LDAR110LDAR15:000000無效16:000000無效17:000000無效18:000000無效19:000000無效1A:000000無效1B:111011ALU或1C:000000無效1D:011011ALU異或111無效111無效111無效111無效111無效111無效111無效111無效111無效001LDRi010LDDR1010LDDR1010LDDR1010LDDR1011LDDR2001LDRi011LDDR2001LDRi001RSB001RSB001RSB001RSB001RSB010RDB101ALUB010RDB101ALUB000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000無效000001轉(zhuǎn)微地址：01001101轉(zhuǎn)微地址：0D001110轉(zhuǎn)微地址：0E011010轉(zhuǎn)微地址：1A011100轉(zhuǎn)微地址：1C011011轉(zhuǎn)微地址：1B000001轉(zhuǎn)微地址：01011101轉(zhuǎn)微地址：1D000001轉(zhuǎn)微地址：014.根據(jù)已經(jīng)寫好的微程序指令編寫測(cè)試的機(jī)器指令程序編碼：

00H:00000000;INR0:SW->R0驗(yàn)證IN指令，將SW狀態(tài)賦給寄放器R0，此時(shí)R0=0

01H:00010000;ADDR0+31->R0驗(yàn)證AND指令，將寄放器R0里的數(shù)據(jù)和0E地址內(nèi)容相加送給R0，此時(shí)R0=3102H:00001110;地址0EH

03H:00100000;STAR0->10H驗(yàn)證STA指令，將R0里的內(nèi)容送到地址10H04H:00001111;地址0FH

05H:00110000;OUT（0FH）驗(yàn)證STA指令，將地址10H內(nèi)容輸出到外設(shè)06H:00001111;地址0FH

07H:01010001;MOVR0->R1驗(yàn)證STA指令，將寄放器R0里的數(shù)據(jù)賦給寄放器R0，此時(shí)R0=31，R1=31

08H:0110010