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1、HUNANUNIVERSITYEDA课程实习报告题目：一台简单模型机的设计学生姓名陈齐磊学生学号20080810104专业班级08级计科一班指导老师方恺晴完成日期2011年1月7日简单模型机课程设计一、设计目的：掌握微程序控制器的组成，工作原理；进一步明确微程序、微指令、微命令的概念；进一步掌握微指令、微程序的设计以及调试方法；二、实验设备：PC机一台；自制试验箱；Quarter2配套软件；三、实验原理及电路：数据通路：微程序控制器是根据数据通路和指令系统来设计的。如下图所示：ALUDR1DR2R0R1R2R3I/ORAMARPCIR微序列控制器
2、时序产生器数据通路总框图一、机器指令：此模型机的控制器能控制执行11条机器指令：LDR,STR,ADD,SUB,AND,OR,MUL,CJUMP,IN,OUT,HALT，另外，有一条隐含的机器指令：当存储器中的内容为初始化内容时候，机器就会一直往下读内存，不会做其他的工作。此设计的控制器，IR的四位模拟指令代码信号为（IR7,IR6,IR5,IR4），通过手动输入来模拟不同的指令，从而读出不同的微指令。用单拍方式，将七条指令一条一条读出显示。执行这些指令之前，需要在RAM中按如下程序表的规则写好指令码和运算数据。程序表：RAM地址内容说明00H0
3、1HB0H0EHLDAX双字节指令，指令码58HLDA0EH将0E地址中的内容送RI02H03H20H0FHSTRX双字节指令，指令码08HSTR0FH将RI中的内容送往地址0FH单元04H10HADD单字节指令，指令码10H，将RI和RJ中的内容相加送入RI05H30HSUB单字节指令，指令码28H，将RI和RJ中的内容相减送入RI06H40HADN单字节指令，指令码18H，将RI和RJ中的内容与加送入RI07H60HOR单字节指令，指令码20H，将RI和RJ中的内容或加送入RI08H90HMUL单字节指令，指令码30H，将RI和RJ中的内容与
4、乘送入RI09H0AHD0H10HCJMPX双字节指令，指令码38H，CJMP10H将程序条件转移到地址为10H的单元0BH70HIN单字节指令，将代号为MJ的设备的数据输入到代号为RI的寄存器中0CHA0HOUT单字节指令，将代号为RI的寄存器的数据输出到代号为MJ的设备中0DHF0HHALT单字节指令，实现停机0EH00H此句为隐含指令，若内存中无任何指令的话他就会pc+1往下读内存说明：以上12条指令用于编程是远远不够的。二、微程序控制器原理图：基本概念说明：控制器在计算机中的分工是取指令、分析指令、执行指令、再取下一条指令，循环往复以完成
5、程序设定的功能。微程序控制的基本思想，就是仿照通常的接替程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。当机器运行时，一条有一条的读出这些指令，从而产生所需要的各种微操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。本设计的微程序控制器图如下：微指令寄存器控制字段P(1)下址字段控制存储器UPCXD7D6D5D4IRT2T1P1andT4T3LDIR非CLRP1非CLR如图，微程序控制器原理框图主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成，其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。微程序流程图：微程序流程图
6、如下图所示，12（包括一条隐含指令）条指令对应七个微程序。每条微指令可按照微指令格式转换成二进制代码，然后写入到ROM中。说明：微程序控制器在清零后，总是先给出微地址为00000的微指令（启动）。读出微地址为00000的微指令，便给出下一条微地址为10000。微地址为00000和10000的两条微指令是公用微指令。微地址为10000的微指令执行的内容是：PC内容送入地址寄存器，然后pc自加1，同时给出下一条微指令地址11000；微地址为11000的微指令在T3时序信号来的时候，执行的是：把RAM中存放的数据（指令）送到IR同时给出判别信号P及下一
7、条微指令的地址11100.T4有效时，根据P，IR7,IR6,IR5,IR4修改微地址11100，产生下一条微指令的地址。在IR7,IR6,IR5,IR4为0000时，仍执行10000的微指令，从而可对RAM进行继续操作。当执行完一条IR指令的全部微指令，即执行到每个微程序的最后一条微指令时均给出下一条微指令为10000。接着在执行两条公共指令，读下一条指令的内容，再由微程序控制器判别产生下一条微指令地址，以后的下一条微指令地址全部由微指令给出。一、VHDL程序清单：如上图所示，整体图的每个器件都是由一个vhdl文件生成；文件1：statemac
8、hine.vhd此文件产生T1到T4的节拍；文件2：cdu8bit.vhd此文件作为一种采用计数器法的标准输入，并且将符号位与累加器进行
