计算机组成原理实验报告3微程序控制器实验稻谷书苑

1、实验三 微程序控制器实验一. 实验目的与要求：实验目的：1. 理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；2. 掌握微程序控制器的功能，组成知识；3. 掌握微指令格式和各字段功能；4. 掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程。实验要求：1. 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；2. 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。按练习二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。二. 实验方案：按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查无误后可接通电源。1. 练习一：用联机软件的逻辑示波

2、器观测时序信号，测量，ts1,ts2,ts3,ts4信号的方法如下：(1) tate unit 中stop开关置为“run”状态（向上拨），step开关置为 “exec”状态 （向上拨）。 (2) 将switch unit 中右下角clr开关置为“1”(向上拨）。(3) 按动“start”按钮，即可产生连续脉冲。（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。（5）探头一端接实验仪左上角的ch1，另一端接state unit中的插座，即可测出时钟的波形。 （6）探头一端接实验仪左上角的ch2，另一端接state unit中的ts1插座，即可测出ts1的波形；（7）探头一端接实

3、验仪左上角的ch1，另一端接state unit中的ts2插座，即可测出ts2的波形。 （8）将红色探头一端接实验仪左上角的ch1，另一端接state unit中的ts3插座，即可测出ts3的波形。 （9）将红色探头一端接实验仪左上角的ch1，另一端接state unit中的ts4插座，即可测出ts4的波形。2. 观察微程序控制器的工作原理： 关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线； 编程写入e2prom 2816a. 将编程开关（mj20）置为prom（编程）状态；b. 将实验板上state unit 中的step置为step状态，stop置为run状态，switch unit中clr开关

4、置为1状态；c. 在右上角的switch unit中ua5-ua0开关上置表3.2中某个要写的微地址；d. 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；e. 启动时序电路，即将微代码写入到e2prom 2816的相应地址对应的单元中；f. 重复c-e步骤，将表3.2的每一行写入e2prom 2816。 校验a. 将编程开关置为read（校验）状态；b. 保持step,stop,clr开关状态不变，将实验板上state unit 中的step置为step状态，stop置为run状态，switch unit中clr开

5、关置为1状态；c. 在开关ua5-ua0上按表3.2置好要读的某个微地址；d. 按动start键，启动时序电路，就能读出微代码，观察显示灯md24-md1的状态，检查读出的微代码是否与已经写入的相同，若不同，将开关置于prom编程状态，重新执行；e. 重复c-d步骤，将表3.2的每一行从e2prom 2816读出来。练习二：步运行五条机器指令。1、 将编程开关置于“run”状态；2、 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，“switch unit”中clr开关置为1状态；3、 实验仪的“sw-bus”置为0，左下方开关d5-

6、d0置为“111111”，d7和d6开关任意，（置0或者1都可以）4、 将清零开关clr从高拔到低，再从低拔到高，即将开关clr置101，可以发现后续微地址ua5-ua0灯变为000000，000000是微指令运行启始地址；5、 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）；6、 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“111111”“111100”“111111”，可以发现ua5-ua0灯从010000变为010011，这表示下一个

7、要读的微指令从010000修改为了010011；7、 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；8、 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；9、 接着按动一下strator键，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；1

8、0、 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；11、 按照上述方法，把所有分支都执行一遍。三. 实验结果和数据处理：测量并画出时钟和时序信号波形，比较它们的相互关系。波形图： cpu 周期ts1ts2ts3ts4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。四. 实验结果分析：分析add的每条微指令的指令格式和功能：1）pcar

9、;pc+1:指令格式：微地址s3 s2 s1 s0 m cn we a9 a8abcua5 . ua0110 0 0 0 0 0 0 1 1110110110000011功能：根据abc字段发出的信号,we=0，读取内存内容，将pc的内容送到地址寄存器中ar，程序计数器加1，做好取下一条机器指令的准备。2）rambus;busar:指令格式：微地址s3 s2 s1 s0 m cn we a9 a8abcua5 . ua003000000001110000000000100功能：根据微地址03，ram进行读操作，发出存数控制信号，把ram的内容送到总线上，再送到地址寄存器ar中，程序计数器加1，

10、做好取下一条机器指令的准备。3）rambus,busdr2:指令格式：微地址s3 s2 s1 s0 m cn we a9 a8abcua5 . ua004000000001011000000000101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寄存器中，程序计数器加1，做好取下一条机器指令的准备。4）r0dr1: 指令格式：微地址s3 s2 s1 s0 m cn we a9 a8abcua5 . ua005000000011010001000000110功能：根据微地址05，发出rs-b信号，把寄存器r0中的内容送到dr1寄存器中，程

11、序计数器加1，做好取下一条机器指令的准备。5)dr1+dr2r0: 指令格式：微地址s3 s2 s1 s0 m cn we a9 a8abcua5 . ua006100101011001101000000001功能：根据微地址06，发出alu-b信号，把dr1和dr2相加，结果放r0寄存器中，回到01微指令。五. 写出掌握了的控制信号的作用：j we控制信号的功能：we是存储器ram的写命令信号，we=1时，ram进行写操作，we=0时，ram进行读操作。j 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

12、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。j s3,s2,s1,s0,m,cn控制信号共同起到选择alu进行哪种运算。j load是pc加1信号，p(1)-p(4)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。j ldri控制信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器.r0,r1及r2的选择存入译码。j rs-b,rd-b,ri-b分别为源寄存器选通输出信号，目的寄存器选通输出信号及变址寄存器选通输出信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器r0

13、,r1,r2的选通输出译码。六.结论：j 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：j 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，可通过se6-se1强制端去修改微地址寄存器的内容，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：j 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，

14、写入，观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程，遇到问题，可以通过实验，分析，讨论，请教老师解决问题，基本达到学习的目的。j 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，若仍无法解决，就请教老师，请指导老师查看指正。九.思考题：j 本次实验共设计了几条指令？分别是什么指令？答： 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）。j 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

15、同起到选择alu进行哪种运算。j 写出we控制信号的功能。答： we控制信号的功能：we是存储器ram的写命令信号，we=1时，ram进行写操作，we=0时，ram进行读操作。j a.b.c字段主要能译出什么信号？分别写出来。答： a字段中，主要是寄存器的打入信号，b字段中主要是寄存器的输出信号，c字段中，主要是测试信号。j 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。j 06微指令功能是什么？06微指令s3,s2,s1,s0.m.cn的值为“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寄存器中的内容和dr2寄存器中的内