计算机组成原理课设完成版Word格式文档下载.docx
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3、学习微程序控制器的设计过程和相关技术。
三、设计说明
控制器设计是学习计算机总体组成和设计的重要的部分。
要在TEC—2000教学计
算机上完成这项设计,必须清楚懂得:
1、TEC—2000教学机的微程序控制器主要由作为选件的微程序控制器小板和教学机大板上的
7GAL20V8组成。
2、TEC—2000教学机微程序控制器上要实现的全部基本指令和扩展指令的控制信号
都是由微程序小板上的7片控制存储器给出的。
3、应了解监控程序的A命令只支持基本指令,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命令单步调试扩展指令,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况;
理解TEC—2000教学中
已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式、执行流程和控制信号的组成。
5、明确自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。
6、为了完成扩展指令的功能、格式和执行流程,并在教学计算机上实现、调试正确的实验内容,
具体过程包括:
1)确定指令格式和功能,要受教学机已有硬件的约束,应尽量与已实现指令的格式和分类办法
保持一致;
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
理办法来完成,特别要注意的是,读取指令的节拍只能用原来已实现的,其他节拍的节拍状态也应尽可能的与原用节拍的状态保持一致和相近;
3)在指令微程序表中填写每一个控制信号的状态值,注意要特别仔细,并有意识地体会这些信
号的控制作用;
4)将设计好的微码,装入控制存储器的相应单元;
5)写一个包含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,来初步判断你的
设计是否正确;
如果有问题,通过几种办法查出错误并改正,继续调试,直到完全正确。
四、设计内容
1、完成微程序控制器指令系统设计,主要内容是由学生自己设计29条基本指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程,并在教学计算机上实现、运行、调试正确。
2、首先看懂TEC—2000教学计算机的功能部件组成和线路逻辑关系,然后分析教学计算机组合逻辑控制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、设计微程序控制器指令系统中各条指令的功能、格式和执行流程,并在教学计算机上实现、调试正确,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。
5、用监控程序的A、E(扩展指令必须用E命令置入)命令编写一段小程序,观察运行结果。
五、任务分工
每组四名同学,任务分配或分工为:
1、设计基本指令的执行流程,画出29条基本指令的执行流程框图和微程序编码表。
2、设计扩展指令的执行流程,画出1条扩展指令的执行流程框图和微程序编码表。
3、确定微码各字段与控制存储器各个芯片之间的关系,列表写出各控制存储器芯片中存储单元的内容,将设计好的微码装入芯片。
4、编写包含所有指令的测试程序,通过运行这些程序检查指令设计是否正确。
六、课程设计环境
1、硬件环境:
PC机一台、TEC—2000实验机一台、微程序控制器实验板一块。
2、软件环境:
(1)Win2000、DOS
(2)TEC—2000仿真终端程序PCEC
(3)TEC—2000监控程序。
7、基本指令和扩展指令的执行流程框图
1、基本指令流程框图
2、扩展指令流程框图
八、基本指令和扩展指令的微程序编码表
基本指令和扩展指令的微程序编码表(十六进制)
指令名
微址
下址
CI3-0
SCC3-0
0MEW
0I2-0
SAI8-6
SBI5-3
B
A
SST
SSHSCI
DC2
DC1
ALL
00FF
00
E
4
1
3
5
7
01FF
2
02FF
03FF
1AFF
30
9
1CFF
8
30FF
3A
31FF
02
中断隐指令
3AFF
3BFF
3CFF
3DFF
3EFF
3FFF
31
ADD
4000
04FF
SUB
4001
05FF
AND
4002
06FF
C
CMP
4003
09FF
XOR
4004
08FF
TEST
4005
0AFF
OR
4006
07FF
MVRR
4007
0BFF
DEC
4008
0DFF
INC
4009
0CFF
SHL
400A
0EFF
6
SHR
400B
0FFF
JR
4041
11FF
JRC
4044
10FF
JRNC
4045
JRZ
4046
JRNZ
4047
JMPA
4080
1EFF
24
LORR
4081
1BFF
IN
4082
12FF
14
OUT
4086
13FF
14FF
STRR
4083
19FF
PSH/F
4084
15FF
1A
4085
16FF
POP/F
4087
17FF
1C
408C
18FF
MVRD
4088
1DFF
RET
408F
23FF
24FF
CALA
40CE
1FFF
20FF
21FF
22FF
ADC
4020
50FF
SBB
4021
51FF
RCL
402A
54FF
RCR
402B
55FF
ASR
402C
53FF
NOT
402D
52FF
F
JMPR
4060
5AFF
JRS
4064
69FF
JRNS
4065
6AFF
CLC
406C
56FF
STC
406D
57FF
EI
406E
58FF
DI
406F
59FF
CALR
40E0
64FF
65FF
66FF
LDRA
40E4
5BFF
5CFF
LDRX
40E5
5DFF
5EFF
STRX
40E6
61FF
62FF
63FF
STRA
40E7
5FFF
60FF
IRET
40EF
67FF
68FF
23
九、基本、扩展指令映射表
1、基本指令入口地址映射表
序号
指令
编码
入口地址
ADDDR,SR
00000000
04
SUBDR,SR
00000001
05
ANDDR,SR
00000010
06
ORDR,SR
00000110
07
XORDR,SR
00000100
08
CMPDR,SR
00000011
09
TEXTDR,SR
00000101
0A
MVRRDR,SR
00000111
0B
INCDR
00001001
0C
10
DECDR
00001000
0D
11
SHLDR
00001010
0E
12
SHRDR
00001011
0F
13
JRCOFFSET
01000100
JRNCOFFSET
01000101
15
JRZOFFSET
01000110
16
JRNZOFFSET
01000111
17
JROFFSET
01000001
18
INPORT
10000010
19
OUTPORT
10000110
20
PSHF
10000100
21
PUSHDR
10000101
22
POPDR
10000111
POPF
10001100
STRR[DR],SR
10000011
25
LDRRDR,[SR]
10000001
1B
26
MVRDDR,DATA
10001000
1D
27
JMPAADR
10000000
1E
28
CALAADR
11001110
1F
29
10001111
2、扩展指令入口地址映射表
01100000
5A
十、指令设计方案
1.将设计好的微码写入控制存储器。
(包括29条基本命令和我组分配到的JMPR扩展指令的微码)一次只对一片28C64控制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,若插在高位,输入时信号编码为高八位,低八位补零;
若插在低位,输入时信号编码为低八位,高位补零。
若一次扩展两片28C64控制器芯片,要注意信号要与产生该信号的芯片相对。
(1)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
0E00FF:
0F
E4041
404100FF:
E4044
404400FF:
1000FF:
10
E4060
406000FF:
005A
408000FF:
1E00FF:
1B00FF:
1200FF:
19
1500FF:
1D
E408C
408C00FF:
1700FF:
00FF:
23
E40CE
40CE00FF:
1F
(2)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
00E000FF:
0020
303000FF:
3030
3030
401000FF:
303400FF:
143600FF:
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