完整word版计算机组成原理实验报告 微控制器

1、西北工业大学计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告题目微程序控制器实验13实验目的：(1)掌握微指令格式和各字段功能。掌握微指令的编制、写入、观察微程序的运行理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形。 掌握微程序控制器的功能、组成知识。实验设备PC机一台，TD CM3实验系统一套。实验内容及要求：一）实验原理：微程序控制电路与微指令格式（A）微程序控制电路微程序控制器的组成见图10，其中控制存储器采用3片2816的E2PROM，具有掉电保 护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器（74273）和一片40（74175）触发器组成。微 地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器（7

2、474）组成，它们带有清“0”端和预置端。 在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当 T4时 刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。在该实验电路中设有一个编程开关（位于实验板右上方），它具有三种状态：PROM （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

3、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三态门，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。ccr便;c39*43rMHV ;匕詈nG -iSE a8Is I u-fc -T I呵PhkhlIi i_ IsswsEBoinn图10微程序控制器原理图(B)微指令格式微指令字长共24位，其控制位顺序如图所示。232221201918-1514-1211-98-65-0M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA011微指令格式A字段141312选择/000NOP001LDA010LDB011LDR0100保留1

4、01保留110保留111LDIRB字段11109选择000NOP001ALU-B010R0-B011保留100保留101保留110保留111保留876选择000NOP001P 010保留011保留100保留101保留110保留111保留C字段为6位的后续微地址，A，B，C为三个译码字段，分制器单元微地址锁存器的强置端输出。MA-MAo别由三个控制位译码出多个微命令。C字段中的P 是测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进 行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现 微程序的顺序、分支、循环运行，。图中I7 一 I2为 指令寄存器的第7-2位输出，SE5-SEO为微程序控(C)二进制代码

5、表二进制微代码表0000 00 010000000000000000000000010100 70 700000000001110000011100000400 24 050000000000100100000001010504 B2 010000010010110010000000013000 14 040000000000010100000001003218 30 010001100000110000000000013328 04 010010100000000100000000013500 00 35000000000000000000110101将全部微程序按照指令格式变成二进制微代码

6、可得上表实验内容1. 按照实验接线图连接好实验线路，并且检查线路，确保无误。2. 对微控器的读写操作(1)手动读写(2)联机读写3. 运行微程序(1)本机运行(2)联机运行这次实验安排了四条机器指令，分别为 ADD(0000 0000)、IN(0010 0000)、OUT(0011 0000)和HLT(0101 0000)，括号中为各指令的二进制代码，指令格式如下：IN00100000ADD00000000OUT00110000HLT01010000INRO OUTR0+R0 R0助记符机器指令说明停机实验中机器指令由CON单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均 由微控制器自动产生，为

7、此可以设计出相应的数据通路图，见图3-2-8所示。几 条机器指令对应的参考微程序流程图如图 3-2-9所示。图中一个矩形方框表示 一条微指令，方框中的内容为该指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数字是该条指令的后续微地址，所有微地址均用16进制表示。 向下的箭头指出了下一条要执行的指令。PIR, P B;A 加 B-R0;R0-A;IN-R0;RO-OUT;NOP;/* End Of MicroCo ntroller Data * /3. 运行微程序运行时也分两种情况：本机运行和联机运行。1）本机运行 将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3置为运行档，按动CON单元的C

8、LR按 钮，将微地址寄存器（MAR清零，同时也将指令寄存器（IR）、ALU单元的暂存器A和 暂存器B清零。 将时序与操作台单元的开关 KK2置为单拍档，然后按动 ST按钮，体会系统 在T1、T2、T3、T4节拍中各做的工作。T2节拍微控器将后续微地址（下条执行的微 指令的地址）打入微地址寄存器，当前微指令打入微指令寄存器，并产生执行部件相应 的控制信号；T3、T4节拍根据T2节拍产生的控制信号做出相应的执行动作，如果测试 位有效，还要根据机器指令及当前微地址寄存器中的内容进行译码，使微程序转入相应 的微地址入口，实现微程序的分支。 按动CON单元的CLR按钮，清微地址寄存器（MAR等，并将时序

9、与单元的开关 KK2 置为单步档。五、 置IN单兀数据为00100011，按动ST按钮，当MC单兀后续微地址显示为 000001时，在CON单元的SD27-SD20模拟给出IN 指令00100000并继续单步执行， 当MC单元后续微地址显示为000001时，说明当前指令已执行完；在 CON单元的SD27- SD20给出ADD指令00000000，该指令将会在下个 T3被打入指令寄存器（IR）, 它将R0中的数据和其自身相加后送 R0 ;接下来在CON单元的SD27-SD20给出OUT 指令00110000并继续单步执行，在 MC单元后续微地址显示为 000001时，观查OUT 单元的显示值是否

10、为 01000110。2）联机运行联机运行时，进入软件界面，在菜单上选择【实验】-【微控器实验】，打开本实验的数据通路图，也可以通过工具栏上的下拉框打开数据通路图，数据通路图如图3-2-8 所示。将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3置为运行档，按动CON单元的总清开关后， 按动软件中单节拍按钮，当后续微地址（通路图中的 MAR为000001时，置CON单元 SD27-SD20产生相应的机器指令，该指令将会在下个T3被打入指令寄存器（IR），在后面的节拍中将执行这条机器指令。仔细观察每条机器指令的执行过程，体会后续微地 址被强置转换的过程，这是计算机识别和执行指令的根基。也可以打开微程序流程

11、图， 跟踪显示每条机器指令的执行过程。按本机运行的顺序给出数据和指令，观查最后的运算结果是否正确。4.思考题解答对于思考题还需要运用到前面的静态存储器的知识，需要将实验系统上的控制单元的 （IOW/IOR位置与存储器上对应的（IOW/IOR）位置连上。然后编写联机文件如下：;/*；/；/；/ /*/；/* Start Of MicroController Data*/$M 00 000001; NOP$M 01 007070; CON（INS）-IR, P *38 081001 $M 36 200401 $M 37 103001 $M 04 002405 $M 05 04B201 $M 30

12、001404 $M 32 183001 $M 33 280401 $M 35 000035/指令文件/;IO-AR;Ro-M;M-Ro;R0-B;A 加 B-R0;R0-A;IN-R0;R0-OUT;NOP;/* End Of MicroC on troller Data * /结论:第一个实验输入：R0 00100011( 23)理论输出：R0 =04000110(46)实际输出：R0 =01000110(46)思考题实验输入：R0 =00011(23)MEN 00000011理论输出：R0 -=00100011+00000011=00100110( 26)实际输出：R0 =00100110（ 26）六、实验心得:本次实验是计算机组成原理的第三次实验， 相比于前两次来说难度稍微大一些，而且综合性稍强，实验中自己和同伴出现了许多问题，但是最终在老师的指导下和与同学的讨论下，实验最终基本上顺利的完成。经过本次实验，自己对于计算机组成原理这