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计算机组成原理组成课程设计
计算机组成原理
课程设计报告
设计题目:中央处理器--微程序控制器设计
启动程序运行（RUN）
总体设计
、设计原理
CPU由运算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（RO）、指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成，如图1所示。这个CPU在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。
图1 基本CPU构成原理图
功能设计
本模型机和前面微程序控制器实验相比,共有5条指令：IN(输入)、ADD（二进制加法）、OUT(输出)、JMP(无条件转移)、HLT（停机），其指令格式如下：
助记符 实现功能 机器指令代码
IN0(R0) A->R0 0010 0000
IN1(R1) B->R1 0011 0000
ADD(R0，R1) A+B->R0 0000 0000
MUL(R0，R1) AvB->R0 0101 0000
AND(R0,R1) AB->R0 0110 0000
OUT(R0) A->OUT 0111 0000
HLT NOP 1000 0000
均为单字节指令，********为addr对应的二进制地址码。微程序控制器实验的指令是通过手动给出的，现在要求CPU自动从存储器读取指令并执行。
方案比较
方案一：
(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，机器的结构也就不—样，因此数据通路的设计是至关重要的。所谓数据通路的设计，也就是确定机器各逻辑部件相对位置的总框图。
数据远路的设计，目前还没有非常标准的方法。主要是依据设计者的经验，并参考现有机器的三种典型形式（单总线、双总线或三总线结构），根据指令系统的要求，可采用试探方法来完成。其主要步骤如下：
(1) 对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的指令周期与操作序列，以便决定各器件的类型和数量。
(2) 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，使得由指令系统所包涵的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求。
(3) 检验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。
(4) 检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路。
方案二:
⑴、用基本的五条机器指令编写实验程序。
程序如下：（地址和内容都是十六进制，机器指令的前4位为操作码。）
地址 内容 助记符 说明
00 00 IN R0, 80H 80H R0。数据80H从实验仪左下方“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D7～D0输入，存入R0寄存器。
01 10 ADD R0, (0A) (R0)+(0A) R0。R0寄存器的内容与存储器0A地址单元的内容相加，结果存入R0寄存器。
02 0A
03 20 STA(0B), R0 R0 (0B)。R0寄存器的内容与存入存储器0B地址单元。
04 0B
05 30 OUT BUS, (0B) (0B) BUS。通过总线输出存储器0B地址单元的内容。
06 0B
07 40 JMP 00 00 PC。无条件转移到00地址。
08 00
0A 01 存储器0A地址单元的数据，可自定。
0B 求和结果保存在存储器0B地址单元。
微指令的微代码如下：（内容是十六进制）
十六进制地址 八进制地址 内容 十六进制地址 八进制地址 内容
00 00 108101 0D 15 018202
01 01 82ED01 0E 16 0FE000
02 02 48C000 0F 17 15A000
03 03 04E000 10 20 92ED01
04 04 05B000 11 21 94ED01
05 05 06A201 12 22 17A000