模型机流水微程序控制器设计

3.2.1 模型机流水微程序控制器设计部分一、教学目的

⑴ 融会贯通计算机组成与体系结构课程各章教学内容，通过知识的综合运用，加深对

CPU 各模块工作原理及相互联系的认识。

⑵ 掌握流水微程序控制器的设计方法。

⑶ 培养科学研究能力，取得设计和调试的实践经验。二、实验设备

1．设计一个流水微程序控制器，和 TEC-8 模型计算机的数据通路结合在一起，构成一个完整的 CPU，该 CPU 要求：

⑴ 能够完成控制台操作：启动程序运行、读存储器、写存储器、读寄存器和写寄存器。控制台操作不要求流水。

⑵ 能够执行本章 3.1 节表 3.1 中的指令，完成规定的指令功能。

3．根据指令系统，编写检测流水微程序控制器正确性的测试程序，并用测试程序对流水微程序控制器在单拍方式下进行调试，直到成功。

4．在调试成功的基础上，整理出设计文件，包括：

⑴ 流水微程序控制器指令周期流程图

⑵ 微指令代码表

⑶ 5 个控制存储器 E2PROM 的二进制代码文件

⑷ 测试程序

⑸ 设计说明书

⑹ 调试总结

1．流水微程序控制器参考流程图

微指令格式见第 2 章第 2.6 节图 2.16。流水微程序控制器参考流程图见图 3.2。

00

SEL3 = 0 SEL2 = 0

SEL1 = 1 SEL0 = 1 P0

CLR#=0

SWC SWB SWA 100

写寄存器

011

读寄存器

P0

010

读存储器

001

写存储器

000

取指

01

04 02

P1

IR7-IR4   0001

ADD

0010

SUB

0011

AND

0100

INC

0101

LD

0110

ST

0111

JC

1000

JZ

1001

JMP

1110

STP

21 22 23 24 25 26

27 28 29 2E

S = 1001 CIN

S = 0110 ABUS

M

S = 1011

S = 0000 ABUS

M M

S = 1010 S = 1111

P2 P3

M S=1111

STSOTOPP

ABUS

DRW LDZ LDC

LIR PCINC

DRW

LDZ LDC

LIR PCINC

ABUS DRW LDZ

LIR PCINC

DRW LDZ LDC

LIR PCINC

ABUS

LAR

0E

MBUS DRW

ABUS

LAR

10

M

S = 1010

ABUS

P2 C=0

12

C=1

P3

Z=0

13

Z=1

ABUS

LPC

P1 P1

P1 P1

LIR PCINC P1

MEMW

LIR PCINC P1

LIR PCINC P1

PCADD

图 3.2 流水微程序控制器参考流程图

根据流水微程序控制器流程图和微指令格式，可以画出微指令代码表。在微指令代码表中，每行表示一条微指令，每列表示某个控制信号的值，控制信号的排列顺序与微指令格式一致。对控制信号，只标出为 1 的值即可。微指令代码表的形式如表 3.4。

表 3.4 微指令代码表

微地址

PCADD

SELCTL

SEL3

……

LPC

PCINC

DRW

P4

P3

P2

P1

P0

NµA5

NµA4

NµA3

NµA2

NµA1

NµA0

00H

1

1

01H

1

1

1

02H

1

1

03H

1

1

……

根据微指令代码表生成 5 个 2 进制文件，每个 2 进制文件的长度必须是 64 个字节。

将编程切换开关拨到编程位置，利用串口调试助手，使用 5 个 2 进制文件重新对控制存储器编程。编程结束后，将编程切换开关和 DZ11 拨到正常位置，。

五、设计报告要求

1．流水微程序控制器流程图。

2．微指令代码表。

3．测试程序

4．写出调试中出现的问题、解决办法、验收结果。

5．写出设计、调试中遇到的困难和心得体会。