计算机组成原理实验：实验四 常规型微程序控制器组成实验

1、2021-11-231实验四实验四常规型微程序控制器组成实验常规型微程序控制器组成实验2021-11-232一、实验目的1. 掌握时序发生器的组成原理。2. 掌握微程序控制器的组成原理。2021-11-233二、基础知识n 微指令格式n 指令功能与格式n 控制台操作微程序n 机器指令微程序2021-11-234微指令格式012345678910111213141516171819202122232425262728293031后继微地址判别字段A0A1A2A3A4A5P0P1P2备用TJLDIRPC+1LDPC#AR+1LDAR#LDDR1LDDR2LDRiSW-BUS#Rs-BUS#ALU-

2、BUS#RAM-BUS#CER#CEL#LRWCn#MS0S1S3 S2图3.5 微指令格式n 顺序控制字段9位：判别字段3位，后继微地址6位。n操作控制字段23位（其中1位备用），各位进行直接控制 P0=1时08H(A3=1）+SWC SWB SWA分别对应A2 A0P1 = 1，10H（ A4=1）+ IR7IR4对应A3 02021-11-235A0A1A2A3A4A5P0P1P2备用TJLDIRPC+1LDPC#AR+1LDAR#LDDR1LDDR2LDRiLR/W#MS0S1S3 S2CM0CM1CM2CM3CIR7IR6IR5IR4SWCSWBSWACLR#T1AR(174)P2P

3、1P0D5D4D3D0D1D2Q5Q4Q3Q0Q1Q2A5A4A3A0A1A2A6A12A5A4A3A0A1A2A6A5A4A3A0A1A2A6A5A4A3A0A1A2A6C5 C4 C3C0C1C2C6C7C5 C4 C3C0C1C2C6C7C5 C4 C3C0C1C2C6C7C5 C4 C3C0C1C2C6C7图3.6 微程序控制器电路图A12A12A12SW-BUS#Rs-BUS#ALU-BUS#RAM-BUS#CER#CEL#Cn#微命令显示灯2021-11-2362021-11-237 判别标志位P0和控制台操作开关SWC、SWB、SWA一起确定控制台指令微程序的分支，完成不同的控制

4、台操作。 P1与指令操作码（IR的高4位）一起确定机器指令微程序的分支，转向各种指令的不同微程序流程。 P2与进位标志C一起确定条件转移指令。 2021-11-238本实验仪器使用了8条机器指令，均为单字长（8位）指令。指令的高4位IR7IR4是操作码，提供给微程序控制器用作地址转移；低4位提供给数据通路。 2021-11-2392021-11-2310控制台操作微程序n 在按复位按钮CLR#后，TEC-5复位，根据SWC、SWB、SWA状态来选择工作方式。在控制台工作方式，必须使DP=0，DB=0。n 启动程序（PR）：按下复位按钮CLR#后，微地址寄存器清零。这时，置SWC0、SWB0、S

5、WA0，用数据开关SW7SW0设置RAM中的程序首地址，按QD按钮后，启动程序执行。n 写存储器（WRM）：按下复位按钮CLR#，置SWC0、SWB0、SWA1。在SW7SW0中置好存储器地址，按QD按钮将此地址打入AR。在SW7SW0置好数据，按QD，将数据写入AR指定的存储器单元，这时AR加1。返回。依次进行下去，直到按复位键CLR#为止。这样就实现了对RAM的连续手动写入。这个控制台操作的主要作用是向RAM中写入自己编写的程序和数据。n 读存储器（RRM）：按下复位按钮CLR#，置SWC0、SWB1、SWA0。在SW7SW0中置好存储器地址，按QD按钮将此地址打入AR，RAM此地址单元的

6、内容读至DBUS显示。按QD按钮，这时AR加1，RAM新地址单元的内容读至DBUS显示。返回。依次进行下去，直到按复位键CLR#为止。这样就实现了对RAM的连续读出显示。这个控制台操作的主要作用是检查写入RAM的程序和数据是否正确。在程序执行后检查程序执行的结果（在存储器中的部分）是否正确。2021-11-2311控制台操作微程序n 寄存器写操作（WRF）：按下复位按钮CLR#，置SWC0、SWB1、SWA1。首先在SW7SW0置好存储器地址，按QD按钮，则将此地址打入AR寄存器和PC寄存器。在SW1、SW0置好寄存器选择信号WR1、WR0，按QD按钮，通过双端口存储器的右端口将WR1、WR0

7、（即SW1、SW0）送到指令寄存器IR的低2位。在SW7SW0中置好要写入寄存器的数据；按QD按钮，将数据写入由WR1、WR0指定的寄存器。返回继续执行，直到按复位按钮CLR#。这个控制台操作主要在程序运行前，向相关的通用寄存器中置入初始数据。n 寄存器读操作（RRF）：按下复位按钮CLR#，置SWC1、SWB0、SWA0。首先在SW7SW0置好存储器地址，按QD按钮，则将此地址打入AR寄存器和PC寄存器。在SW3、SW2置好寄存器选择信号RS1、RS0，按QD按钮，通过双端口存储器的右端口将RS1、RS0（即SW3、SW2）送到指令寄存器IR的第3、2位。RS1、RS0选中的寄存器的数据读出

8、到DBUS上显示出来。返回继续下去，直到按复位键CLR#为止。这个控制台操作的主要作用是在程序执行前检查写入寄存器堆中的数据是否正确，在程序执行后检查程序执行的结果（在寄存器堆中的部分）是否正确。 2021-11-2312机器指令微程序2021-11-2313三、实验设备TEC-5计算机组成实验系统1台逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上）双踪示波器一台（公用）万用表一只（公用） 2021-11-2314四、实验任务1. 按实验要求，连接实验台的电平开关K0K15、时钟信号源和微程序控制器。连接完成后应仔细检查一遍，然后才可以加上电源。 注意：本次实验只做微程序控制器本身的实验，故微程序控制器

9、输出的微命令信号与执行部件（数据通路）的连线不连接。2. 观察时序信号。 用双踪示波器观测时序发生器的输入、输出信号：MF、T1T4、W1W3。比较相位关系，画出其波形图，并标注出测量所得的脉冲宽度。观察时须将DB、DP开关置为0状态，然后按QD按钮。熟悉启停控制按钮的功能，并熟练使用这些控制按钮或开关。3. 熟悉微指令格式的定义，按此定义将图3.7所示的全部微程序变换成二进制代码，并列表登记。此表请在预习时完成。4. 控制台操作的功能由SWC、SWB、SWA三个二进制开关的状态配合P0判断来决定。用单拍（DP）方式执行控制台操作微程序，观察判别字段和微地址指示灯的显示，跟踪微指令的执行情况，

10、并与上表数据对照。5. 深刻理解0FH微指令的功能和P1测试的状态条件（IR7IR4），用二进制开关设置IR7IR4的不同状态，观察ADD至OUT八条机器指令对应微程序的微命令信号，特别是微地址转移的实现，并与上面表格进行对照。2021-11-2315五、实验要求做好实验预习，掌握微程序控制器和时序发生器的工作原理。根据实验任务所提的要求，在预习时完成表格填写、数据和理论分析值。写出实验报告，内容是：实验目的。实验任务2的时序波形图和测量值。实验任务3的表格。2021-11-2316六、实验步骤和实验结果 （1）接线 2021-11-2317六、实验步骤和实验结果（ctd）(2) 置DP=0，

11、DB=0。先按CLR#按钮复位，再QD按钮。则时序部分开始不停止地运行，直到按CLR#按钮为止。用双踪示波器观察MF、T1、T2、T3、T4、W1、W2、W3信号。观察的方法是同时观察两路信号，以便于比较相位。可按下述顺序进行观察：MF和T1，T1和T2，T2和T3，T3和T4，T1和W1，W1和W2，W2和W3。根据观察的结果，可绘出波形图。 2021-11-2318六、实验步骤和实验结果（ctd）(3)控存代码表(部分)微地址 CM3 CM2 CM1 CM0 00 00 00 00 48 01 00 00 00 00 02 03 4004 03 03 00 00 40 02 04 01 0

12、8 00 05 05 00 00 44 04 06 00 80 08 07 07 00 10 04 1E 08 00 08 20 0F 09 00 08 84 04 0A 00 08 80 022021-11-2319六、实验步骤和实验结果（ctd）(4) 控制台操作微指令编码测试 控制台微代码在58C65的D0D7输出，D0是最低位，D7是最高位，CM0是最低字节，CM3是最高字节。D0D7对应于28C64的引脚11、12、13、15、16、17、18、19。对于控存的输出，有相应的32个指示灯指示。n 置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 0、S

13、WA = 1，实验系统处于写存储器WRM工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址为00H，测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为09H，测得的微码是00H 08H 84H 04H。按一次QD按钮，微地址为04H，测得的微码是01H 08H 00H 05H。按一次QD按钮，微地址为05H，测得的微码是00H 00H 44H 04H。按一次QD按钮，微地址为04H。由于微地址又返回04H，停止测试。n 置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0，实验系统处于读存储器RRM工作模式。按CLR#按钮

14、，使实验系统处于初始状态，微地址为00H,测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为0AH，测得的微码是00H 08H 80H 02H。按一次QD按钮，微地址为02H，测得的微码是03H 40H 04H 03H。按一次QD按钮，微地址为03H，测得的微码是00H 00H 40H 02H。按一次QD按钮，微地址为02H。由于微地址又返回02H，停止测试。2021-11-2320六、实验步骤和实验结果（ctd）n 置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 1、SWA = 1，实验系统处于写寄存器WRF工作模式。按CLR#按钮，使实验

15、系统处于初始状态，微地址为00H, 测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为0BH，测得的微码是00H 08H 0A4H 1DH。按一次QD按钮，微地址为1DH，测得的微码是01H 08H 00H 0DH。按一次QD按钮，微地址为0DH，测得的微码是00H 80H 0CH 0EH。按一次QD按钮，微地址为0EH，测得的微码是00H 0CH 04H 1DH。按一次QD按钮，微地址为1DH。由于微地址又返回1DH，停止测试。n 置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 1、SWB = 0、SWA = 0，实验系统处于读寄存器工作模式。按CLR#按

16、钮，使实验系统处于初始状态，微地址为00H, 测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为0CH，测得的微码是00H 08H 0A4H 1EH。按一次QD按钮，微地址为1EH，测得的微码是01H 08H 00H 06H。按一次QD按钮，微地址为06H，测得的微码是00H 80H 08H 07H。按一次QD按钮，微地址为07H，测得的微码是00H 10H 04H 1EH。按一次QD按钮，微地址为1EH。由于微地址又返回1EH，停止测试。 n 置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC=0、SWB = 0、SWA = 0，实验系统处于PR工作模式。按CLR

17、#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址为00H。按一次QD按钮，微地址为08H，测得的微码是00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址为0FH，测得的微码是00H 80H 08H 90H。由于以后的微码与机器指令有关，停止测试。 2021-11-2321六、实验步骤和实验结果（ctd）(5) 深刻理解0FH微指令的功能和P1测试的状态条件（IR7IR4），用二进制开关设置IR7IR4的不同状态，观察ADD至OUT八条机器指令对应微程序的微命令信号，特别是微地址转移的实现。 0FH微指令的功能是根据程序计数器PC从存储器取指令，送往指令寄存器IR。0FH微指令的下一微指令地址是10H

18、。不过，10H只是一个表面的下一微地址，由于该微指令中P1 = 1，因此实际的微指令地址的低4位要根据IR7IR4确定，实际微地址为10H + IR7 IR6 IR5 IR4。 2021-11-2322六、实验步骤和实验结果（ctd）n置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR

19、5）= 0，K1（IR4）= 0，相当于ADD指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为10H，微代码是00H 03H 00H 18H。按一次QD按钮，微地址变为18H，微代码是90H 24H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到0FH。n置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K

20、2（IR5）= 0，K1（IR4）= 1，相当于SUB指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为11H，微代码是00H 03H 00H 19H。按一次QD按钮，微地址变为19H，微代码是64H 24H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到0FH。2021-11-2323六、实验步骤和实验结果（ctd）n置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为00H 80H

21、08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 0，相当于AND指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为12H，微代码是00H 03H 00H 1AH。按一次QD按钮，微地址变为1AH，微代码是0B8H 24H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到0FH。n置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为00H

22、 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 1，相当于STA指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为13H，微代码是00H 11H 80H 1BH。按一次QD按钮，微地址变为1BH，微代码是01H 20H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到0FH。 2021-11-2324六、实验步骤和实验结果（ctd）n置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H

23、 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 0，相当于LDA指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为14H，微代码是00H 10H 80H 1CH。按一次QD按钮，微地址变为1CH，微代码是03H 44H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到0FH。n置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH。令K4（IR7）