运算机组成原理课程设计16位机微程序操纵器指令系统的设计与实现.docx

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运算机组成原理课程设计16位机微程序操纵器指令系统的设计与实现

一、设计题目

16位机微程序操纵器指令系统的设计与实现

二、设计目的

通过看懂教学运算机组合逻辑操纵器中已经设计好并正常运行的几条大体指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JR、RET等指令）的功能、格式和执行流程，然后自己设计微程序操纵器中的29条大体指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学运算机上实现、调试正确，达到以下目的：

一、深切明白得运算机操纵器的功能、组成知识和各类典型指令的执行进程；

二、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等成立具体的整体概念；

3、学习微程序操纵器的设计进程和相关技术。

三、设计说明

操纵器设计是学习运算机整体组成和设计的重要的部份。

要在TEC—2000教学运算机上完成这项设计，必需清楚知道：

一、TEC—2000教学机的微程序操纵器要紧由作为选件的微程序操纵器小板和教学机大板上的7片GAL20V8组成。

二、TEC—2000教学机微程序操纵器上要实现的全数大体指令和扩展指令的操纵信号都是由微程序小板上的7片操纵存储器给出的。

3、应了解监控程序的A命令只支持大体指令，扩展指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中；不能用T、P命令单步伐试扩展指令，只能用G命令执行扩展指令。

4、要明白TEC—2000教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情形；明白得TEC—2000教学机中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式、执行流程和操纵信号的组成。

五、明确自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必需遵从的约束条件。

六、为了完成扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学运算机上实现、调试正确的实验内容，具体进程包括：

1）确信指令格式和功能，要受教学机已有硬件的约束，应尽可能与已实现指令的格式和分类方法维持一致；

2）划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计节拍状态的取值，应参照已实现指令的处置方法来完成，专门要注意的是，读取指令的节拍只能用原先已实现的，其他节拍的节拍状态也应尽可能的与原用节拍的状态维持一致和相近；

3）在指令微程序表中填写每一个操纵信号的状态值，注意要专门认真，并成心识地体会这些信号的操纵作用；

4）将设计好的微码，装入操纵存储器的相应单元；

5）写一个包括你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，来初步判定你的设计是不是正确；若是有问题，通过几种方法查犯错误并更正，继续调试，直到完全正确。

四、设计内容

一、完成微程序操纵器指令系统设计，要紧内容是由学生自己设计29条大体指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学运算机上实现、运行、调试正确。

二、第一看懂TEC—2000教学运算机的功能部件组成和线路逻辑关系，然后分析教学运算机组合逻辑操纵器中已经设计好并正常运行的几条典型指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JRC、RET等指令）的功能、格式和执行流程。

3、设计微程序操纵器指令系统中各条指令的功能、格式和执行流程，并在教学运算机上实现、调试正确，例如ADC、STC、JRS、JRNS、LDRX、STRX、JMPR、CALR、LDRA等19条扩展指令。

4、单条运行指令，查看指令的功能、格式和执行流程。

五、用监控程序的A、E（扩展指令必需用E命令置入）命令编写一段小程序，观看运行结果。

五、设计要求

分组及任务分派

每组四名同窗，任务分派为：

朱冠兰负责仿照教学运算机组合逻辑操纵器，设计微程序操纵器中大体指令的功能、格式和执行流程，画出29条大体指令的执行流程框图和微程序编码表。

冯云龙负责设计扩展指令的功能、格式和执行流程，设计微指令各字段的具体编码值，包括操纵码的各字段、下址字段、形成下址用到的条件码，画出扩展指令的执行流程框图和微程序编码表。

胡学智负责确信微码各字段与操纵存储器各个芯片之间的关系，列表写出各操纵存储器芯片中存储单元的内容，将设计好的微码装入操纵存储器。

王硕负责编写假设干个测试程序，包括所有的大体指令和扩展指令，通过运行这些程序能够检查所有指令设计是不是正确。

最后，所有组员一起参与测试，通过运行测试程序，判定指令设计是不是正确。

（二）学生应交材料

一、课程设计报告，每组交一份。

二、一块自概念指令系统的微程序操纵器板。

3、课程设计日记，每人交一份。

（三）课程设计报告内容

一、题目名称；

二、题目内容；

3、大体指令和扩展指令的执行流程框图；

4、大体指令和扩展指令的微程序编码表；

五、八个操纵存储器芯片中各存储单元的内容列表；

六、测试程序；

7、自评（从实现的功能上评判）；

八、碰到的问题及解决方案；

九、总结（要紧从综合应用知识、分析问题、解决问题方面总结）。

六、进度安排

第1周周一上午课程设计动员

周二~周五

（1）熟悉汇编、TEC—2000机开发环境

（2）大体指令设计

（3）扩展指令设计

（4）编写调试程序。

第2周周一~周五微指令写入芯片，运行测试程序，调试指令。

第3周周一~周三编写课程设计报告。

周四、周五验收和答辩总结。

七、课程设计环境

一、硬件环境：

PC机一台、TEC—2000实验机一台、微程序操纵器实验板一块。

二、软件环境：

（1）Win2000、DOS

（2）TEC—2000仿真终端程序PCEC

（3）TEC—2000监控程序。

八、软件设计方案

1．将设计好的微码写入操纵存储器。

一次只对一片28C64操纵存储器芯片进行读写，该芯片可插在扩展芯片的高位或低位，假设插在高位，输入时信号编码为高八位，低八位补零；假设插在低位，输入时信号编码为低八位，高位补零。

假设一次扩展两片28C64操纵器芯片，要注意信号要与产生该信号的芯片相对。

将扩展新片的内存单元地址置为4000~5FFF，将MAPROM插入扩展芯片的位置，微程序入口地址对应的内存单元的地址为芯片的起始地址和该指令的编码值之和。

具体操作如下：

E4000

400000FF：

0400FF：

0500FF：

0600FF：

0900FF：

08

00FF：

0A00FF：

0700FF：

0B00FF：

0D00FF：

0C

00FF：

0E00FF：

0F

E4020

402000FF：

50

E4041

404100FF：

11

E4044

404400FF：

1000FF：

1000FF：

1000FF：

10

E4080

408000FF：

1E00FF：

1B00FF：

1200FF：

1900FF：

15

00FF：

1500FF：

1200FF：

1700FF：

1D

E408C

408C00FF：

1700FF：

00FF：

00FF：

23

E40CE

40CE00FF：

1F

将MPROM1~MPROM7依次插入扩展芯片的位置对其编程，内存单元的地址为芯片的起始地址和该指令操作功能所对应的微址之和，操作如下：

MPROM1产生下址信号，MPROM2产生CI3~0、SCC3~0信号

对MPROM1-2的操作为：

MPROM1在高位MPROM2在低位

E4000

400000FF：

00E000FF：

00E000FF：

00E000FF：

0020

00FF：

303000FF：

303000FF：

303000FF：

3030

00FF：

303000FF：

303000FF：

303000FF：

3030

00FF：

303000FF：

303000FF：

303000FF：

3030

00FF：

303400FF：

303000FF：

143600FF：

3030

00FF：

303000FF：

1A3700FF：

303000FF：

1C37

00FF：

303000FF：

00E000FF：

303000FF：

00E0

00FF：

303000FF：

1C3000FF：

243000FF：

00E0

00FF：

00E000FF：

00E000FF：

303000FF：

00E0

00FF：

3030

E4030

403000FF：

3A3200FF：

0230

E4050

405000FF：

3030

MPROM3产生0MRW、0I2~0信号，MPROM4产生SAI8~I六、SBI5~I3信号，

对MPROM3-4的操作为：

MPROM3在高位MPROM4在低位

E4000

400000FF：

413100FF：

432000FF：

101000FF：

4010

00FF：

41B800FF：

41B900FF：

41BC00FF：

41BB

00FF：

41BE00FF：

419900FF：

419C00FF：

44B8

00FF：

433800FF：

433900FF：

437800FF：

4358

00FF：

401000FF：

453000FF：

471000FF：

2310

00FF：

373000FF：

433100FF：

001000FF：

4320

00FF：

101000FF：

431800FF：

049000FF：

4490

00FF：

173800FF：

432000FF：

432000FF：

4320

00FF：

170000FF：

433100FF：

022000FF：

4320

00FF：

1730

E4030

403000FF：

470000FF：

4320

E4050

00FF：

41B8

MPROM5产生B口、A口信号，MPROM6产生0SST、SSHSCI信号，

对MPROM5-6的操作为：

MPROM5在高位MPROM6在低位

E4000

400000FF：

550100FF：

550100FF：

000000FF：

0000

00FF：

001000FF：

001100FF：

001000FF：

0010

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001000FF：

001100FF：

001000FF：

0010

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001100FF：

001000FF：

006000FF：

0050

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000000FF：

550000FF：

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400000FF：

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4401

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002000FF：

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550100FF：

550100FF：

5501

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400000FF：

550000FF：

4401

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5000

E4030

403000FF：

000000FF：

5501

E4050

405000FF：

0012

MPROM7产生DC二、DC1信号，对MPROM7的操作为：

E4000

400000FF：

7000FF：

B000FF：

1000FF：

00

00FF：

0000FF：

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0000FF：

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3200FF：

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3000FF：

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3000FF：

0100FF：

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3000FF：

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0100FF：

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E4030

403000FF：