基于微程序的复杂模型机设计

硬件课程设计报告

—— 基于微程序的复杂模型机设计

2010年9月16日

硬件课程设计报告

硬件课程设计报告

——基于微程序的复杂模型机设计

一、硬件课程设计目的

经过一系列硬件课程的学习及相关实验之后，做一个综合的系统性设计，这在硬件方面是一个提高，可进一步培养实践能力。

二、硬件课程设计内容

搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。

三、指令系统列表

采用的一般指令格式为：

7 4

OP-CODE 3 2 RS 1 0 RD DATA/ADDR

模型机的指令系统： 指令名称 输入（IN） 移数（MOV1） 加法（ADD） 移数（MOV2） 自增（INC） 操作码 0000 0001 0011 0100 0110 指令功能 将数据输入寄存器R0 MOV REG,REG,寄存器直接寻址 R0+R1→R0，加法运算 MOV DATA,REG立即数直接寻址 R0+1→R0，R0自增 ADDR→PC，执行指定的机器指令 在LED上输出R0 相对寻址，目标地址PC+Disp，将结果存入R0 对R0中的数右移一位存入R0 执行结束 无条件跳转（JMP） 0111 输出（OUT） 取数（MOV3） 循环右移（RRC） 停机指令（HALT）

1010 1011 1101 1110 - 1 -

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四、微操作及其流程图

本指令系统中所有指令及其对应微操作对应如下：

IN R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③INPUT→R0。 MOV R0,R1：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→R1。 IN R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③INPUT→R0。

ADD R0,R1： ①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→DR1；④R1→DR2；⑤[DR1]+[DR2]→R1。

MOV R0,2C：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③PC→AR，PC+1→PC；④RAM→BUS，BUS→R0。 INC R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→DR1；④[DR1]+1→R0。 JMP P1:

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③PC→AR，PC+1→PC；④RAM→BUS，BUS→PC。 P1:OUT R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→OUTPUT。 MOV R0,[PC+22]：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③PC→AR，PC+1→PC；④RAM→BUS，BUS→DR1；⑤PC→DR2；⑥[DR1]+[DR2]→AR；⑦RAM→BUS，BUS→R0。 RCR R0：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③（229）右移→229；④229→R0。 HALT：

①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③0→RUN。

微操作流程图见下页：

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微操作流程图：

运行微程序01PC→ARPC+1→PC02RAM→BUSBUS→IRP(1)INMOV1ADDMOV2INCINPUT→R0R0→R1R0→DR1PC→ARPC+1→PCRAM→BUSBUS→R0R0→DR1R1→DR20101[DR1]+[DR2]→R1[DR1]+1→R0010101JMPOUTMOV3RCRHALTPC→ARPC+1→PCR0→OUTPUTPC→ARPC+1→PCRAM→BUSBUS→DR1(229)右移→2290→RUNRAM→BUSBUS→PC229→R00101PC→DR201[DR1]+[DR2]→AR01RAM→BUSBUS→R001

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五、验证程序

IN R0

MOV R0,R1 IN R0

ADD R0,R1 MOV R0,2C INC R0 JMP P1

P1:OUT R0 MOV R0,[PC+22]

RRC R0 HALT

六、微程序列表

机器指令及微程序列表如下：

机器指令 $P0000 $P0111 $P0220 $P0331 $P0440 $P052C $P0660 $P0770 $P080A $P0AA0 $P0BB0 $P0C22 $P0DD0 $P0EE0 微指令 $M00018001 $M0101ED82 $M0200C050 $M10001001 $M11019201 $M12001001 $M1301A20A $M0A01B40B $M0B959A01 $M1401EDA1 $M21009001 $M1601A40C $M0C05814D $M0D019B41 $M1701ED8E $M0E00D181 $M1A070201 $M1B01ED8F $M0F00A022 $M2201BC23 $M2395EA21 $M1D31822E $M2E29882F $M2F019801 $M1E01801E

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