实验五 微程序实验 doc

成绩：

实验报告

课程名称 实验项目：

姓名 专业 班级 学号

计算机组成原理 微程序实验 李翠超 计算机科学与技术 计算机16-6班 1609040307

计算机科学与技术学院

实验教学中心

2017年 12月 22日

实验项目名称:微程序实验

一、实验目的

1．了解伟福CP2000实验仪软件的工作环境； 2．了解微指令系统的工作原理及工作方式。

3．自己设计简单指令与微指令，在机器上运行测试程序验证结果。

二、实验要求

1. 利用系统自带的指令系统完成数据传送实验/输入输出实验，熟悉在联机模式下如何运行程序

2．自己设计简单指令系统及微指令，编写测试程序运行在机器上运行。

三、实验原理

（一）模型机总体结构

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、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD 来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。

模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。相比而言8 位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。模型机的指令码为8 位，根据指令类型的不同，可以有0 到2 个操作数。指令码的最低两位用来选择R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有24 位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。

(二)控制信号及微指令格式定义（共24位）

表-1 微指令格式及定义

1 XRD 外设读 对应位控制功能 EMWR 程存写 EMRD 程存读 PCOE PC送AB EMEN EN与DB通 IREN 程存IR,uPC EINT 清中断 ELP PC打入转 MAREN DB打MAR MAROE OUTEN MAR送AB DB打端口 STEN DB打栈ST RRD 读寄组 RWR 写寄组 S2 CN CN=1进位 FEN 存标志位 2 X2 X1 X0 AEN DB打W DB打A WEN S1 S0 说明：(1)XRD：外设读，当给出外设的地址后输出此信号从指定外设读数据；

(2) EMWR：程序存储器EM写信号；(3) EMRD：程序存储器EM读信号；(4) PCOE：将程序计数器PC的值送地址总线ABUS；(5) EMEN：程序存储器EM与数据总线DBUS接通，有WR和RD配合控制打入方向；(6) IREN：将程序存储器EM读出的数据打入IR和微指令计数器uIP；(7) 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；(8) ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转；。。。。。。。(13) RRD：读寄存器组R0---R3，内容到DBUS，哪一个有指令寄存器的最低两位决定；(14) RWR：将DBUS内容写入寄存器组R0---R3；(15)CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位移；(16) FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器。

特别指出的是：

(1)EM：程序存储器EM；WR：写控制信号；RD：读控制信号；OE：送总线DBUS控制信号；EN：将DBUS打入信号，但对程序存储器有WR和RD配合控制打入方向。

(2)微程序执行的地址有微程序计数器uPC指示，每次取指周期从程序存储器EM读出的信息都将打入指令寄存器IR和微指令计数器uIP， 表-2 S2S1S0功能表 表-3 X2X1X0功能表

功能 S2S1S0 X2X1X0 输出寄存器 A+W 加 0 0 0 IN_OE 外部输入门 0 0 0 A－W 减 0 0 1 LA_OE 中断向量 0 0 1 A或W 0 1 0 ST_OE 堆栈寄存器 0 1 0 A与W 0 1 1 PC_OE PC寄存器 0 1 1 A+W+C带进位加 1 0 0 D_OE 直通门 1 0 0 A–W–C带进位减 1 0 1 R_OE 右移门 1 0 1

A取反 1 1 0 L_OE 左移门 1 1 0 A直通 1 1 1 没有输出 1 1 1

(三)模型机的寻址方式

模型机共有5种寻址方式：

(1)累加器寻址：如求反CPL A、算逻运算ADDW、OR、输入IN/输出OUT等指令隐含

于累加器中；

(2)寄存器寻址：参与运算的数据在R0---R3的寄存器中；

(3)寄存器间接寻址：数据的存放地址在寄存器R0---R3中，如：MOV A，@R1； (4)存储器直接寻址：直接地址8位，数据地址为指令操作数，如：AND A，40H； (5)立即寻址：参与运算的数据为指令的操作数，如：SUB A，#10H。

格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE Rd／××

7 6 5 4 3 2 OP-CODE MM／II 1 0 Rd／×× （四）微程序控制器组成及原理

微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。其工作原理为：

1、将程序和数据通过输入设备送入存储器；

2、启动运行后，从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要求什么事；3、控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作 数据取出送出运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中；

4、运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。 （五）模型机指令集

模型机的缺省的指令集分几大类：算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。可以通过COP2000计算机组成原理实验软件或组成原理实验仪来设计自己的指令集。

1.模型机微指令集(1)-----一般指令系统（INST·INS）

四、实验步骤

练习设计自己的指令集及微指令，涉及多种寻址方式，包含传送、算术及逻辑运算，跳转指令等，运行测试程序观察实验结果。 1.设计指令系统：

在了解实验仪的指令系统和COP2000 实验系统软件的基础上设计4 条指令指令功能如下表所示设计的4 条指令的机器码分别为04H 08H 0CH 10H 若要设计更多的指令可参考此例进一步扩充。

助记符 ADD A, MM MOVA，#II MOV A, MM

机器码1 000110xx 011111xx 011110xx 机器码2 MM II MM 注释 将存储器MM地址的值加入累加器A中 将立即数II送到累加器A中 将存储器MM地址的值送到累加器A中

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9wif.html