計算機組織與體系結構課程設計報告
1．實驗目的
1. 深入理解基本模型計算機的功能、組成知識；
2. 深入學習計算機各類典型指令的執行流程；
3. 學習微程式控制器的設計過程和相關技術，掌握lpm_rom 的配置方法。
4. 在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將單元電路組成系統，構造一台基本模型計算機。
5. 定義五條機器指令，並編寫相應的微程式，上機除錯，掌握計算機整機概念。掌握微程式的設計方法，學會編寫二進位制微指令**表。
6. 通過熟悉較完整的計算機的設計，全面了解並掌握微程式控制方式計算機的設計方法。
2．實驗原理
1. 在部件實驗過程中，各部件單元的控制訊號是人為模擬產生的，而本實驗將能在微過程控制下自動產生各部件單元控制訊號，實現特定的功能。實驗中，計算機資料通路的控制將由微過程控制器來完成， cpu 從記憶體中取出一條機器指令到指令執行結束的乙個指令週期，全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應乙個微程式
2. 指令格式
（1）指令格式
其中，op-code 為操作碼，rs 為源暫存器，rd 為目的暫存器，並規定：
其中 in 為單字長（8 位二進位制），其餘為雙字長指令，xx h 為addr 對應的十六進製制位址碼。為了向ram 中裝入程式和資料，檢查寫入是否正確，並能啟動程式執行，還必須設計三個控制台操作微程式。
1 儲存器讀操作（krd）：**實驗程式後按總清除按鍵（clr）後，控制台swa、swb 為「0 0」 時，可對ram 連續手動讀入操作。
2 儲存器寫操作（kwe）：**實驗程式後按總清除按鍵（clr）後， 控制台swa、swb 為「0 1」 時，可對ram 連續手動寫操作。
3 啟動程式（rp）： **實驗程式後按總清除按鍵（clr）後，控制台swa、swb 為「1 1」時，即可轉入到微位址「01」號「取指令」微指令，啟動程式執行。
圖6-1 資料通路框圖
圖6-1中各訊號的功能說明
(1) ua5—ua0 微程式控制器的微位址輸出訊號。
(2) (ir7一ir5 指令暫存器ir7、ir6、ir5輸出訊號，輸入至微程式控制器作為修改微位址的控制訊號。
(3) clk1——時鐘訊號源，輸入頻率為6~12mhz。
(4) t1~t4——時序訊號發生器提供的四個標準輸出訊號，可以採用單拍或連續兩種方式輸出。
(5) s3、s2、sl、s0、——由微程式控制器輸出的alu操作選擇訊號，以控制執行16種算術操作或16種邏輯操作中的某一種操作。
(6) m—微程式控制輸出的alu操作方式選擇訊號端。m＝0執行算術操作；m＝l執行邏輯操作。
(7)—微程式控制器的輸出的進製標誌訊號，＝0表示alu運算時最低位有進製＝1，則表示無進製。 (8)swe—微程式控制器的微位址修改訊號。 (9)srd—微程式控制器的微位址修改訊號。
(10) rst1—清「0」訊號輸入端。 (11)ldar——微程式控制器的輸入訊號，將程式計數器的內容打入到儲存器位址暫存器ar中，產生訪問ram的位址。
(12) /ce——微程式控制器輸出的ram選片訊號，/ce＝0時，lpm_ram單元被選中。
(13) we——微程式控制器輸出的ram控制訊號。當/ce＝0時，如we＝0為儲存器讀；如we＝1為儲存器寫。 (14)bus(7..0)——微程式控制器的內部資料匯流排。
(15) ldpc——微程式控制器輸出的pc打入訊號。 (16) load——微程式控制器的輸出訊號。load＝1時，pc(程式計數器)處於並行置數狀態；load＝0時，pc處於計數狀態。
(17) alu_b—微程式控制器輸出訊號，控制運算器的運算結果是否送到匯流排bus．低電平有效。
(18) pc_b—微程式控制器輸出訊號，控制程式計數器的內容是否送到匯流排bus，低電平有效。
(19) r0_b—微程式控制器輸出訊號，控制暫存器r4的內容是否達到匯流排bus，低電平有效。
(20) sw_b—微程式控制器輸出訊號，控制（鍵2、鍵1）的八位資料是否送到匯流排，低電平有效。
(21) ldr0—微程式控制器的輸出訊號。控制把匯流排上的資料打入暫存器dr0。
(22) ldr1—微程式控制器輸出訊號，控制把匯流排上的資料打入暫存器dr1
(23) ldir—微程式控制器輸出訊號，控制把匯流排上的資料(指令)輸入到指令暫存器ir中。
(25) p(1)—微程式控制器輸出的修改微位址p(1)，標誌訊號。用於機器指令的微程式分支測試。
(26) ua—微程式控制器的微位址暫存器輸出控制訊號，ua＝0，微位址訊號輸出。
(27) step—時序發生器啟動控制訊號。按2次step鍵，時序發生器可輸出一組(單步)或連續的時序訊號tl、t2、t3、t4。
表6-2 a、b、c各欄位功能說明：
24位微**中各訊號的功能
(1) ua5—ua0：微程式控制器的微位址輸出訊號，是下一條要執行的微指令的微位址。
(2) s3、s2、sl、s0：由微程式控制器輸出的alu操作選擇訊號，以控制執行16種算術操作或16種邏輯操作中的某一種操作。
(3) m：微程式控制輸出的alu操作方式選擇訊號端。m＝0執行算術操作；m＝l執行邏輯操作。
(4) cn：微程式控制器輸出的進製標誌訊號，cn＝0表示alu運算時最低位有進製，cn＝1則表示無進製。 (5)we：
微程式控制器輸出的ram控制訊號。當/ce＝0時，如we＝0為儲存器讀；如we＝1為儲存器寫。 (6) a9、a8——解碼後產生cs0、cs1、cs2訊號，分別作為sw_b、ram、led的選通控制訊號。
(7) a欄位（15、14、13）——解碼後產生與匯流排相連線的各單元的輸入選通訊號（見表6-1）。
(8) b欄位（12、11、10）——解碼後產生與匯流排相連線的各單元的輸出選通訊號。
(9) c欄位（9、8、7） ——解碼後產生分支判斷測試訊號p(1)~p(4)和ldpc訊號。
系統涉及到的微程式流程見圖6-2。當執行「取指令」微指令時，該微指令的判斷測試欄位為p(1)測試。由於「取指令」微指令是所有微程式都使用的公用微指令，因此p(1)的測試結果出現多路分支（見圖6-2左圖）。
用指令暫存器的高4位（ir7-ir4）作為測試條件，出現5路分支，占用5個固定位址單元。
控制台操作為p(4)測試（見圖6-2右圖），它以控制台訊號swb、swa作為測試條件，出現了3路分支，占用3個固定微位址單元。當分支微位址單元固定後，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控制儲存器的乙個微位址單元，隨意填寫。注意：
微程式流程圖上的微位址為8進製！
指令暫存器（ir）：指令暫存器用來儲存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從記憶體取到緩衝暫存器中，然後再傳送至指令暫存器。
指令劃分為操作碼和位址碼段，由二進位制數構成，為了執行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試「p(1)」，通過節拍脈衝t4的控制，以便識別所要求的操作。
指令解碼器: 根據指令中的操作碼強置微控制器單元的微位址，使下一條微指令指向相應的微程式首位址。
lcd液晶顯示屏功能說明
1．微程式的輸入：根據表6-2所對應的二進位製微**，編輯lpm_rom配置檔案rom_參考demod_cpu5資料夾中的同名檔案)，並將其儲存在與實驗電路b100_工程所在的資料夾中，與實驗電路b100_一同編譯後，得到**檔案b100_**配置檔案bus_**到實驗系統。實驗板上的時鐘clock0選擇輸入頻率為1.
5mhz。圖6-3是示例原理圖，詳見b100_
2．輸入模型機的程式(示例工程檔案是b100_ )
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