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目录
5 调试过程 (11)
6 心得体会 (12)
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微程序控制器的设计与实现
一、设计目的
1)巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程
所讲解的原理，加深对计算机各模块协同工
作的认识
2)掌握微程序设计的思想和具体流程、操
作方法。
3)培养学生独立工作和创新思维的能力，
取得设计与调试的实践经验。
4)尝试利用编程实现微程序指令的识别
和解释的工作流程
二、设计内容
按照要求设计一指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存
储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
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三、设计要求
1)仔细复习所学过的理论知识，掌握微程
序设计的思想，并根据掌握的理论写出要设
计的指令系统的微程序流程。
指令系统至少
要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。
2)根据微操作流程及给定的微指令格式
写出相应的微程序
3)将所设计的微程序在虚拟环境中运行
调试程序，并给出测试思路和具体程序段
4)尝试用C或者Java语言实现所设计的
指令系统的加载、识别和解释功能。
5)撰写课程设计报告。
四、设计方案
1)设计思路
按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加
器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接第 4 页共22 页
寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
从而可以想到如
下指令：24位控制位分别介绍如下：
XRD ：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外
设读数据。
EMWR：程序存储器EM写信号。
EMRD：程序存储器EM读信号。
PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。
EMEN：将程序存储器EM与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD
决定是将DBUS数据写到EM中，还是
从EM读出数据送到DBUS。
IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPC。
EINT：中断返回时清除中断响应和中断请
求标志，便于下次中断。
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ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。
MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。
MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。
OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。
STEN：将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。
RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。
RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。
CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。
FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存第 6 页共22 页
器A，例如“CPL A”是将累加器A值取
反，还有些指令是隐含寻址累加器A，例
如“OUT”是将累加器A的值输出到输出
端口寄存器OUT。
寄存器寻址：参与运算的数
据在R0-R3的寄存器中，例如“ADD
A，R0”指令是将寄存器R0的值加上累
加器A的值，再存入累加器A中。
寄存器间接寻址：参与运算的数
据在存储器EM中，数据的地址在寄存
器R0-R3中，例如“MOV A，@R1”指
令是将寄存器R1的值做为地址，把存
储器EM中该地址的内容送入累加器
A中。
存储器直接寻址：参与运算的数
据在存储器EM中，数据的地址为指令
的操作数。
例如“AND A，40H”指令是第10 页共22 页
将存储器EM中40H单元的数据与累加
器A的值做逻辑与运算，结果存入累加
器A。
立即数寻址：参与运算的数
据为指令的操作数。
例如“SUB A，
#10H”是从累加器A中减去立即数
10H，结果存入累加器A。
2)程序清单
MOV A,#01H 立即数寻址，传送指令，将01h传送给累加器a
LOOP:
MOV R0,#01H 立即数寻址，将01h传送给r0
ADD A,R0 寄存器寻址，加法操作，将r0的值与a 相加，结果存入a中
SUB A,@R0 寄存器间接寻址，减法将R0的值当作是内存地址，再将此地址
的值与A相减，最后放入A。
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2) 微程序设计
将窗口切换到“uM 微程序”窗口，设计每条指令的微程序。
每个程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，因为程序复位后，PC 和uPC 的值都为0，所以微程序的0地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。
取指操作要做的工作是从程序存储器EM 中读出下条将要执行的指令，并将指令的机器码存入指令寄存器IR 和微程序计数器uPC 中，读出下条操作的微指令。
取指设计如下（CBFFFF
）：
MOV A ，#01H 这条指令是把立即数1从存储器
EM中取出，放入累加器A中。
微程序设计如下（C7FFF7）
：
(C7FBFF);
中取出，放入寄存器R0中。
微程序设计如下
出放入W中与A相加，再将结果放入A。
它由三个指令周期。
微程序设计如下：
中
第一步，把R0 的值放入累加器W
中
A
为地址的数值取出放入W中与A相减，再将结果放入A。
它由四个指令周期。
微程序设计如下：
第一步，把R0 的值放入地址寄存器MAR中
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第二步
从MAR 中读出以R0为地址的值放入累加器W
中第三步 将A 的值与W 值
相减
CPL A 将A 的值取反在存入A
中
OUT 将累加器的值送到输出端并输
出：
JMP LOOP
六、心得体会
这次微程序程序设计主要是要求我们设计一个指令系统，其中包含加，减，数据传送和无条件转移指令操作，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
在通过设计的过程中，大概理解了各
种指令操作和寻址方式。
学会了能灵活理解他们之间的关系，包括像操作与寻址方式之间的搭配等。
在这一周半的课程设计中，通过指令系统中微程序的设计，了解了24位指令字的具体含义，通过对各位的选择来确定所选择的操作，这样既方便理解，也方便操作。
在这次课程设计中，遇到了很多问题，像对各位数所代表的具体含义仍然不是十分清楚，在设计微程序的时候，对每一条指令所用的cpu周期不能灵活掌握，希望在以后的学习中可以对其进行更加深入的理解。
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