计算机组成原理-微程序控制器的组成与微程序设计实验

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告课程名称：计算机组成原理姓名：系：计算机专业：计算机科学与技术年级：09级学号：指导教师：职称：2010年12月29日实验项目列表序号实验项目名称成绩指导教师1算术逻辑运算实验2存储器实验3总线控制实验4微程序控制器的组成与微程序设计实验567891011121314151617181920福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机专业：计算机科学与技术年级：09姓名：学号：实验课程：实验室号：____509实验设备号：试验台8实验时间：指导教师签字：成绩：实验名称微程序控制器的组成与微程序设计实验一.实验目的1.掌握微程序控制器的组成原理。2.掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行。二.实验设备ZYE1603B计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三.实验原理实验所用的时序电路原理可以参考时序实验，由于时序电路的内部线路已经连好（时序电路的CLR已接到实验板中下方的CLR清零开关上），所以只需将时序电路与方波信号源连接即可。1.微程序控制电路微程序控制器的组成见图1-16。其中控制存储器采用三片2816E2（平方）PROM具有掉线保护功能。微指令寄存器18位，用两片8D触发器（74LS175）触发器组成，它们带有清“0”断和置“1”端。在不进行判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容极为下一条微指令地址。当T4时刻进行判别测试时，转移逻辑满足条件后输入的负脉冲通过强制端将某一触发器设置为“1”状态，完成地址修改。在该实验电路中，控制台但愿有一个编程开关SP06，它具有两种状态：WRITE（编程）、READ（校验）、RUN（运行）。当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于“校验状态”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组二态门74LS245，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。2.微指令格式微指令字长24位，其控制位顺序如下其中uA5-uA0为六位的后续微地址，A、B、P为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。P字段的P1-P4的四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微位代码进行译码。使微程序转入相应的位地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。AR位算术是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。B字段中的RS-G、RD-G、RI-G分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1、及R2的选通译码。四.实验步骤1.图1-17位几条机器指令对应的参考微程序流程图，在微程序流程图中微地址用八进制表示。将全部的微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到表1-5的二进制代码表。2.按图1-18连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。（用箭头表示需要接线的地方，接控制信号时要注意各信号一一对应，可用彩排线的颜色来区分）3.观察微程序控制器的工作原理：（1）编程A.将控制台单元的编程开关SP06设置为WRITE（编程）状态。B.将实验箱上控制台单元中的“SP03”设置为“STEP”，“SP04”设置为“RUN”状态。C.用开关单元的二进制模拟开关设置微地址UA5-UA0D.在微控制器单元的开关SM24-SM01上设置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“1”时灯亮，开关量为“0”时灯灭。E.启动时序电路（按一下控制台单元的“START”触动开关），即将微代码写入到E2（平方）PROM28C16的相应地址对应的单元中。）F.重复C-E不走，将表1-5的微代码写入28C16。（2）校验A.将控制台单元的编程开关SP06设置为READ（校验）状态。B.将实验箱上控制台单元种的“SP03”设置为“STEP”，“SP04”设置为“RUN”状态。C.用开关单元的二进制模拟开关设置要检验的微地址UA5-UA0D.按动控制台单元的“START”触动开关，启动时序电路，读出微代码，观察微程序单元的显示灯LM24-LM01的状态（灯亮为“1”，灭为“0”），检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于“WRITE”编程状态，重新执行（1）即可。（3）单步运行A.将控制台单元的编程开关SP06设置为RUN（运行）状态。B.将实验箱上控制台单元中的“SP03”设置为“STEP”，“SP04”设置为“RUN”状态。C.操作开关单元的CLR开关，使CLR开关信号状态依次为1→0→1，将为地址寄存器74LS74(1)-74LS74（3）清零，从而明确本机的运行入口微地址为000000（二进制）。D.按动控制台单元的“START”触动开关，启动时序电路，则每按动一次“START”键，读出一条微指令后停机，此时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条指令。注：在当前条件下，将微控制器单元的SE6-SE1接至开关单元中的的UA5-UA0对应二进制开关上，可通过强制端SE6-SE1人为设置分支地址，首先将SE6-SE1对应二进制开关设置为“1”，需要人为设置分支地址时，将需要改变的某个或几个二进制开关设置“0”，相应的微地址位即被强置为“1”，从而改变下一条微指令的地址。（二进制开关设置为“0”，相应的微地址将被强置为“1”）（4）连续运行A.将控制台单元的编码程序开关SP06设置为“RUN(运行）”状态。C.将实验箱控制台单元中的开关“SP03”、“SP04”设置为“RUN”状态。C.将开关单元的CLR信号状态依次为1-0-1，此时微地址寄存器消“0”，从而给出取指微指令的入口地址为000000（二进制）D．启动时序电路，即按一下控制单元“start”键，则可连续读出微指令，并按照微指令寄存器（28c06）中的未程序连续运行。E.如果要退出连续一下状态，可将信号单元中的SPO4开关拨到“STOP”位置。