计算机组成原理课程设计报告设计题目:中央处理器--微程序控制器设计院系：计算机科学与技术学院班级：2012级4班设计者：指导教师：吴戴明设计时间：2015.1.7目录一、课题分析 ............................................................................................................1.1、设计目的......................................................................................................1.2、设计任务......................................................................................................1.3、课程设计题目分析 ....................................................................................1.3.1课题设计准备.......................................................................................1.3.2读/写操作的认识.................................................................................二、总体设计 (5)2.1、设计原理......................................................................................................2.2功能设计.........................................................................................................三、方案比较 ............................................................................................................四、分步设计 ............................................................................................................4.1小组成员设计任务分配...............................................................................4.2微程序控制器的设计 ...................................................................................4.2.1 设计要求...............................................................................................4.2.2 设计内容...............................................................................................4.3、指令周期流程图.........................................................................................4.4、机器指令设计...................................................... 错误！未指定书签。
4.5系统组成框图 ................................................................................................4.6、各部件功能 .................................................................................................4.7微指令格式.....................................................................................................4.8微程序流程图 ................................................................................................4.10数据连通图和接线图 .................................................................................五、设计成果 ............................................................................................................5.1运行结果.........................................................................................................5.2课程设计的收获............................................................................................六、存在问题及改进建议.......................................................................................七、参考文献及相关网址 (17)一、课题分析通过计算机组成原理理论课和几次实验的学习，编写相应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。
在设计基本模型机的实验基础上，完成这次的课程设计。
这次的课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。
这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一条微程序。
1.1、设计目的计算机组成与结构课程设计是“计算机组成与结构”课程的后续设计性课程，通过设计一台模型计算机，使学生更好地理解计算机组成与结构课程的基本内容，掌握计算机设计与实现的基本方法，培养学生实验动手能力和创新意识，为以后进行计算机应用系统的设计与开发奠定基础。
1.2、设计任务设计一个8位模型计算机系统，包括运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备。
在计算机组成原理与系统结构实验系统上搭建模型计算机系统，完成运算器、微程序控制器的设计调试任务，并用所设计的指令系统编写一个实现简单功能的程序，在搭建的模型机系统上输入、调试和运行程序。
最后总结实验结果，完善所设计的模型机系统方案和电路图，写出完整的设计报告。
1.3、课程设计题目分析基于我们对简单和复杂模型机的理解和实验，我们对课程设计分析1.3.1、课题设计准备⑴、确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。
⑵、确定指令系统确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。
确定相对应指令所包含的微操作。
⑶、总体结构与数据通路总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。
在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。
综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。
数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。
⑷、设计指令执行流程数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。
对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。
⑸、确定微程序地址根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。
⑹、微指令代码化根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。
⑺、组装、调试在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。
1.3.2读/写操作的认识机器指令码的前4位为操作码。
其中IN为单字长，其余为双字长指令，XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。
为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。
存储器读操作（READ）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“00”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。
存储器写操作（WRITE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA设置为“01”时，按START 微动开关可对RAM进行连续手动写入。
启动程序（RUN）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA设置为“11”时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
上述三条控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置，其定义如下：二、总体设计2.1、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2.2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 0000IN1(R1) B->R1 0011 0000ADD(R0，R1) A+B->R0 0000 0000MUL(R0，R1) AvB->R0 0101 0000AND(R0,R1) AB->R0 0110 0000OUT(R0) A->OUT 0111 0000HLT NOP 1000 0000均为单字节指令，********为addr对应的二进制地址码。