微程序控制器的组成与微程序设计实验报告(共6页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业信 息 学 院实实验验报报告告精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业学号：姓名：班级：课程名称：计算机组成原理实验名称：微程序控制器的组成与微程序设计实验实验性质： 综合性实验设计性实验验证性实验实验时间：实验地点：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；3、为整机实验打好基础。二、实验内容编制微程序并观察其运行过程。三、实验仪器1、ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验系统一台2、排线若干四、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 CL

2、R 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 1-13。其中控制存储器采用 3 片 2816 E2PR0M，具有掉电保护功能。微命令寄存器18 位，用两片 8D 触发器（74LS273）和一片 4D（74LS175）触发器组成。微地址寄存器 6 位，用三片上升沿触发的双 D 触发器（74LS74）组成，它们带有清“0”端和置“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即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出的负脉冲通过强置端将某一触发器设置为“1”状态

3、，完成地址修改。在该实验电路中，在 CONTROL UNIT 有一个编程开关 SP06，它具有三种状态：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三态门 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

4、 24 位，其控制位顺序如下：表表 1-41-4微指令结构图微指令结构图微程序242322212019181716151413121110987654321控制信号S3S2S1S0MCNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2uA1uA0A 字段B 字段P 字段151413控制信号121110控制信号987控制信号00000000001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010RD_G010P2011LDDR2011RI_G011P3精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业M17M16控制信号00Y001Y110Y211Y3五、实验步骤及结果1、图 1-15 为几条机器指令

5、对应的参考微程序流程图，将全部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。表表 1-51-5微程序时序控制实验二进制代码表微程序时序控制实验二进制代码表微地址S3 S2 S1 S0MCNRDM17M16ABPuA5 uA4 uA3 uA2 uA1uA00 00000000110000001000100000 10000000111101101100000100 20000000011000000010010000 30000000011100000000001000 40000000010110000000001010 5000000011010001000000110

6、0 61001010110011010000000010 70000000011100000000011011 00000000000010000000000011 10000000111101101100000111 20000000111101101100001111 30000000111101101100011101 40000000111101101100101101 50000001010000010000000011 60000000011100000000011111 70000000010100000000101012 00000000111101101100100102 1

7、0000000111101101100101002 20000000010100000000101112 30000000110000000000000012 40000000000100000000110002 50000011100001010000000012 60000000011010001100000012 70000011100001010000100003 0000001101000101000010001100LDIR100299_G100P4101LOAD101ALU_G101AR110LDAR110PC_G110LDPC精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业其中 uA

8、5 一 uA0 为 6 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 字段中的 Pl 一 P4 是四个测试字位。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。AR 为算术运算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。74LS27374LS27374LS24574LS24574LS24574LS24574LS37474LS1

9、7574LS13874LS13874LS13828C1628C1628C16123456SE6SE1GGGT1MK1MK8MK9MK16MK17MK24LDRILDDR1LDDR2LDIRLOADLDARM24M16M17M18M19M20M21M22M23(A)(B)(P)74LS7474LS74WECECE WECE WEOEOEOELM24LM16LM17LM9LM8LM1control and mcs51CLRT2CLRCLRCLRCLRCLRCLKCLKCLKMS5MS0MA0MA5CLKOEmicro addressm_datam_datam_dataaddr led1addr l

10、ed6(1)(6)1238GMD24MD17MD8MD1MD16MD9RS_GRD_GRI_G299_GALU_GPC_GINTAP(1)P(2)P(3)P(4)ARLDPC图图 1-131-13微控制器实验原理图微控制器实验原理图 2、按图 1-14 连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。 （图中箭头表示需要接图中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进行区分线的地方，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进行区分） 。M MI IC CR RO OM MS S5 5M MS S4 4M MS S3 3M MS S2 2M MS S1 1M

11、 MS S0 0U UA A5 5U UA A4 4U UA A3 3U UA A2 2U UA A1 1U UA A0 0S SW WI IT TC CH HS SI IG GN NA AL LC CK KC CL LO OC CK KT T1 1T T2 2T TS S2 2T TS S1 1图图 1-141-14微控制器时序控制实验接线图微控制器时序控制实验接线图3、观察微程序控制器的工作原理：（1）编程精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业A、将 CONTROL UNIT 的编程开关 SP06 设置为 WRITE（编程）状态。B、将实验板上“SIGNAL UNIT”中的“SP03”

12、设置为“STEP” ， “SP04”设置为“RUN”状态。SWITCH UNIT的开关 CLR 置为高电平。C、用 SWITCH UNIT 的二进制模拟开关设置微地址 UA5UA0。D、在 MICRO CONTROL 单元的开关 SM24SM01 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（按动 CONTROL UNIT 的“START” 触动开关） ，即将微代码写入到 E2PR0M 28C16 的相应地址对应的单元中。F、重复 CE 步骤，将表 1-5 的微代码写入 28C16。（2）校验A、将 CONTROL UNIT 的编

13、程开关 SP06 设置为 READ（校验）状态。B、将实验板“SIGNAL UNIT”中的“SP03”开关设置为“STEP”状态， “SP04”开关设置为“RUN”状态。C、用 SWITCH UNIT 的二进制开关设置要检验的微地址 UA5UA0。D、按动 CONTROL UNIT 的“START” 触动开关，启动时序电路，读出微代码，观察 MICRO CONTROL 单元的显示灯 LM24LM01 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。P C A RP C + 1运运 行行0 1P 4P

14、C A RP C + 1P C A RP C + 1S W B U SB U S D R 1D R 1 R A MR A M B U SB U S D R 1D R 1 L E D0 10 02 12 43 02 02 22 72 3W R IT E (0 1 )R E A D (0 0 )R U N (1 1 )2 0( ( S S W W B BS S W W A A ) )P 1R A M B U SB U S IR0 21 0P C A RP C + 1P C A RP C + 1D R 1 L E DP C A RP C + 1R 0 B U SB U S R A MR A M B

15、U SB U S A RP C A RP C + 1S W R 0R A M B U SB U S P CR A M B U SB U S D R 1R A M B U SB U S A RD R 1 + D R 2R 0R 0 D R 1R A M B U SB U S D R 2R A M B U SB U S A RINA D DS T AO U TJ M P0 11 20 71 52 51 71 61 31 42 60 60 50 40 31 01 10 10 10 10 1图图 1-15微程序流程图微程序流程图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业注 ：每 学期 至少 有一 次设

16、 计性 实验 。每 学期 结束 请任 课老 师按 时按 量统 一交 到教 学秘 书处 。注 ：每 学期 至少 有一 次设 计性 实验 。每 学期 结束 请任 课老 师按 时按 量统 一交 到教 学秘 书处 。（3）单步运行A、将 CONTROL UNIT 的编程开关 SP06 置于“RUN（运行） ”状态。B、将实验板“SIGNAL UNIT”中的“SP03”开关设置为“STEP”状态， “SP04”开关设置为“RUN”状态。C、操作 SWITCH UNIT 的 CLR 开关，使 CLR 信号状态依次为 101，将微地址寄存器 74LS74（1）74LS74（3）清零，从而明确本机的运行入口微

17、地址为（二进制） 。D、按动 CONTROL UNIT 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。注注：在当前条件下，将“MICRO CONTROL”单元的 SE6SE1 接至“SWITCH”中的 UA5UA0 对应二进制开关上，可通过强置端 SE6SE1 人为设置分支地址。首先将 SE6SE1 对应二进制开关设置为“1” ，当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” ，相应的微地址位将被强置为“1” ）六、实验思考1、比较微程序控制器和组合逻辑控制器各有什么优缺点？答：组合逻辑控制方法中思路简单，可用于实现任一指令系统，但是设计和调试代价很大，难于