计算机组成原理实验报告微程序控制器实验

1、膁实验三微程序控制器实验二. 薅实验目的与要求：芄实验目的：1.2. 薃理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；3.4. 虿掌握微程序控制器的功能，组成知识；5.6. 薈掌握微指令格式和各字段功能；7.8. 莄掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习根本指令的执行流程。蚀实验要求 ：1.2. 莁实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过的控制信号的作用；3.4.莇按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并测出所用的脉冲周期。按练习的要求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指令。四. 蒄实验方案：肁按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查无误后可

2、接通电源。1.2.肃练习一：用联机软件的逻辑示波器观测时序信号，测量，TS1,TS2,TS3,TS4信号的莀方法如下：螈ITATEUNIT中STOP开关置为“ RUN状态向上拨，STEP开关置为“ EXEC状态向上拨。螆 将SWITCHUNI冲右下角CLR开关置为“ 1 向上拨。螅按动“ START按钮，即可产生连续脉冲。莃 4调试菜单下的“显示逻辑示波器窗口，即可出现测量波形的画面。袈5探头一端接实验仪左上角的CH1另一端接STATEUNIT中的插座，即可测出时钟的波形。腿6探头一端接实验仪左上角的CH2另一端接STATEUNIT中的TS1插座，即可测出 TS1的波形；节7探头一端接实验仪左

3、上角的CH1另一端接STATEUNIT中的TS2插座，即可测出 TS2的波形。膂8将红色探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS3插座，即可测出 TS3的波形。羈9将红色探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS4插座，即可测出 TS4的波形。3.4. 薇观察微程序控制器的工作原理： 羄关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线；2 羀编程写入 E2PROM2816A.B. 肇将编程开关MJ20置为PRO编程状态；C.C. 蚄将实验板上STATEUNIT中的 STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，SWITCHUNIT中 CLR开关置为

4、1 状态；E.D. 蒂在右上角的SWITCHUNI中 UA5-UA0开关上置表3.2中某个要写的微地址；G.E. 虿在MK24-MK1开关上置表3.2中要写的微地址后面的 24位微代码，24位开关对应24位显示灯，开关置 为 1 时灯亮，为 0 时灯灭；I.F. 膈启动时序电路，即将微代码写入到WPROM2816勺相应地址对应的单元中；K.G. 肅重复C-E步骤，将表 3.2的每一行写入 WPROM2816 膄校验A.B. 螂将编程开关置为 READ校验状态；C.C. 腿保持STEP,STOP,CLF开关状态不变，将实验板上STATEUNIT中的 STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状

5、态， SWITCHUNIT中 CLR开关置为1状态；E.D. 蒆在开关UA5-UA0上按表3.2置好要读的某个微地址；G.E. 薂按动START键，启动时序电路，就能读出微代码，观察显示灯MD24-MD的状态，检查读出的微代码是否与已经写入的相同，假设不同，将开关置于PROM编程状态，重新执行；I.F. 蒁重复C-D步骤，将表 3.2的每一行从 E2PROM281读出来。芇练习二： 步运行五条机器指令。1、2、袇将编程开关置于“ RUN状态；3、4、 莄实验仪的“ STEP及 STOP开关保持原状，即STEP置为“ STEP状态，STOP置为 RUN状态，“ SWITCHUNIT中CLR开关置

6、为1状态；5、6、 芀实验仪的“ SW-BUS置为0,左下方开关 D5-D0置为“ 111111，D7和D6开关任意，置0或者1都可以7、8、 莇将清零开关CLR从高拔到低，再从低拔到高，即将开关CLR置 1 0 t 1，可以发现后续微地址 UA5-UA 0灯变为000000, 000000是微指令运行启始地址；9、10、芈接着按动一下“ START键，UA5-UA0灯会变为010000,这是在读00 八进制条微指令，给出了下 一条要读的微指令是 10 八进制；11、12、螂在UA5-UA0灯变为010000时，可通过实验仪左下方开关D7-D0人为强置设置分支地址，将D5-D0置“ 11111

7、1T“111100 “111111，可以发现 UA5-UA0灯从010000变为010011，这表示下一个要读的微指令从010000修改为了 010011 ；13、14、芇在UA5-UA0灯为010011时，也就是23八进制时，对微程序流程图， 按动一下“ START键，UA5-UA0灯会变为000001，也就是01 八进制，表示读出了 23条微指令，给出了下一条要读的是01条微指令；15、16、莂在UA5-UA0灯为000001时，按动一下START键，UA5-UA0灯会变为000010,表示读出了 01条微指令， 下一条要读出的是 02条微指令；17、18、荿接着按动一下 STRATO键，

8、读出02条微指令时，UA5-UA0灯显示为001000时，在当前条件下，可通 过强置端SE1-SE6相接的D5-D0人为强置修改分支地址；19、20、莈执行完每个指令的最后一条微指令后，都会回到01微指令，这样才表示执行完了一条指令，同时也表示可以执行新的指令了；21、22、羆按照上述方法，把所有分支都执行一遍。五.五. 蒂实验结果和数据处理：螀测量并画出时钟和时序信号波形，比较它们的相互关系。膀波形图：螅CPU周期薂賺TS1薈TS2薄TS3蚁 TS4 薂时钟脉冲与 TS1、TS2、TS3 TS4脉冲的波形，比较时钟脉冲与 TS1、TS2 TS3 TS4脉冲的相互关系：时 钟脉冲的一个 CPU

9、周期的时间，是 TS1、TS2、TS3 TS4脉冲的时间之和，即节拍脉冲把一个 CPU周期划分成 几个较小的时间间隔。七.六. 芀实验结果分析: 薇分析ADD的每条微指令的指令格式和功能:螁1)PCAR;PC+1指令格式：虿微地址螈 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8莆A袁B肀C蒀UA5.UA0肅11膅000000011蒁110羇110膈110芅000011袂功能：根据ABC字段发出的信号，WE=O,读取内存内容，将PC的内容送到地址存放器中 AR程序计数器加1, 做好取下一条机器指令的准备。虿2) RA/RBUS;BUSAR:指令格式:羆微地址莅 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8节

10、A肇B蚅C蒅UA5.UA0荿03蝿 000000001蒄110蒅000袀000芇000100蒇功能：根据微地址 03, RAM进行读操作，发出存数控制信号，把RAM的内容送到总线薄上，再送到地址存放器 AR中，程序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。芁3) RARBUS,BUSDR2:指令格式:罿微地址芆 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8蚄A蚂B蒇C肅UA5.UA0螄04蝿000000001腿011螄000袄000000101功能：根据微地址 04, RAM进行读操作，发出 LDDR2信号，把RAM的内容送到数据总线上，再送到DR2存放器中，程序计数器加 1,做好取下一条机器指令的准

11、备。4) R0r DR1:指令格式：微地址S3S2S1S0 MCNWEA9 A8ABCUA5.UA005000000011010001000000110功能：根据微地址 05,发出RS-B信号，把存放器 R0中的内容送到 DR1存放器中，程序计数器加 1,做好取 下一条机器指令的准备。5)DR1+DRr R0:指令格式：微地址S3S2S1S0 MCNWEA9 A8ABCUA5.UA006001101000000001功能：根据微地址 06,发出ALU-B信号，把DR1和DR2相加，结果放 R0存放器中，回到01微指令。 九.写出掌握了的控制信号的作用：WE控制信号的功能： WE是存储器RAM的

12、写命令信号， WE=1时，RAM进行写操作， WE=0时，RAM进行读 操作。当STEP开关为0时态，一旦按下启动键，运行触发器Cr 一直处于1状态，因此时序TS1-TS4将周而复 始地发送出去；当 STEP为1时，一旦按下启动键，机器便处于单步运行状态，即此次只读一条指令， 可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信号共同起到选择ALU进行哪种运算。LOAD是 PC加 1信号，P1-P4是四个测试判别信号，其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码， 使微程序输入相应的微地址入口，从而实验微程序的顺序，分支，循环运行。LDRi控制信号，其功能是根据机器指

13、令来进行三个工作存放器.R0,R1及R2的选择存入译码。RS-B,RD-B,RI-B 分别为源存放器选通输出信号， 目的存放器选通输出信号及变址存放器选通输出信号， 其功能是根据机器指令来进行三个工作存放器 R0,R1,R2 的选通输出译码。六. 结论：根据实验操作步骤，所得的实验结果与理论值一致。七. 问题与讨论：练习二的实验里在执行 ADD指令时，在分支处强置修改分支地址，并且以后每次都强置修改，运行完 以后，发现结果是错误的，检查步骤，与同学讨论，分析原因，原来是当微程序不产生分支时，后继 微地址直接由微指令的顺序控制字段给出。 当微程序出现分支时， 意味着微程序出现条件转移， 这时，

14、可通过 SE6-SE1 强制端去修改微地址存放器的内容，并按改好的内容读出下一条微指令，然后继续往 下执行。八. 实验总结：心得体会： 通过该实验让我较好地掌握了微程序控制器的功能， 组成知识， 微指令格式和各字段功能， 微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习根本指令的执行流程，遇到问题，可以通过实验，分 析，讨论，请教老师解决问题，根本到达学习的目的。问题分析：在实验过程中遇到问题时，首先检查线路是否连接准确，然后再查看步骤，有无漏做或做 错的步骤，分析可能出错的原因，与同学讨论，假设仍无法解决，就请教老师，请指导老师查看指正。九. 思考题：本次实验共设计了几条指令？分别是什么指令？答：

15、本次实验共设计了五条指令，分别是IN输入，ADD二进制加法，STA存数，OUT输出，JMP无条件转移 。S3,S2,S1,S0,M,Cn 控制信号共同起到什么作用？答：S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信号共同起到选择 ALU进行哪种运算。写出WE$制信号的功能。答：WE$制信号的功能： WE是存储器RAM勺写命令信号， WE=1时，RAM进行写操作，WE=0寸，RAM进行读 操作。答：A字段中，主要是存放器的打入信号，B字段中主要是存放器的输出信号，C字段中，主要是测试信号。UA5-UA0是当前微地址还是后继微地址？答：UA5-UA0是当前后继微地址。“100101 代表什么运算？ A字段“ 001 和B字段“ 101 分别选中哪个控制信号，信号的功能分别 是什么？ 06微指令中UA5-UA0中“ 000001 代表什么含义？答：06微指令功能是将 DR1存放器中的内容和 DR2存