组成原理实验三

1、计算机组成原理实验课程计算机组成原理实验课程 实验三实验三 微指令系统实验微指令系统实验实验目的：实验目的：1. 读出系统已有的微指令，并理解其含义。2. 设计并实现微指令系统。教学目标教学目标1. 了解译码器、微指令结构的基本工作原理。2. 学习设计微指令的方法。一一. . 背景知识（背景知识（1 1）1.1. 微指令构造微指令构造 译码器：译码器：前两次实验的每一项操作都是通过人工设置电键ki的位置Ki编码，然后给出一个CK脉冲来完成。如果有一个器件能给出对应与每个操作的ki编码，这个器件就可以代替我们来为操作译码产生控制信号，这个器件就是指令译码器，也叫控制器。 常见的控制器有两种：用组

2、合逻辑电路实现控制信号的逻辑电路结构和用存储器实现控制信号的微程序结构。前者将在在系统编程技术及应用课程中学习。这里学习后者。 微指令：微指令：把一个操作的控制总线编码放在一个存储单元中，同时给出调用这个单元的方法（例如：这个单元的地址），则对使用者而言，这个调用方法等价于控制总线编码本身，二者都称为微指令（不同场合具体指向不同或没有区别）。 例如：在实验二的举例中有控制总线具体连线为：控制电键k9k8k7k6k4k3k2k1k0被控对象OUTENX2X1X0S2S1S0WENAEN一一. . 背景知识（背景知识（2 2） 对于操作：“ACH送入寄存器A” 有ki编码：1111 11110，假

3、定将其存入一个地址为F3H的随意选取的存储器单元中，且可以用“读F3”的方式取出这个内容并送上控制总线送上控制总线，则“读F3”和1111 11110是这个操作的微指令，这两个表达形式等价。 操作序列的形式化表述：操作序列的形式化表述： 同理：把操作“BDH送入寄存器W”的ki编码1111 11101存入随意选取的FDH地址单元；操作“AW”的ki编码1111 00111存入随意选取的B2H地址单元 ；操作“直通门D的内容送OUT寄存器”的编码0100 111111存入DCH地址单元。则实验二举例中的操作序列可以用微指令的形式符号表述为：一一. . 背景知识（背景知识（3 3）自然语言表述自然

4、语言表述 ACH送入寄存器A。 BDH送入寄存器W。 计算AW。 D的内容送OUT。微指令表述微指令表述 1111 11110 1111 11101 1111 00111 0100 11111微指令表述微指令表述 读F3。 读FD。 读B2。 读DC。或或 实验箱的微指令系统：实验箱的微指令系统：制造厂的工程师根据这个实验箱的功能、部件数量、必须的基本操作等要求，给它安排了24条控制线控制总线宽度为24。相应地，每条微指令有24位、微程序存储器的每个地址也必须是24位的存储单元。于是厂家把3片8位存储器的对应地址并接在一起，构成一个24位的存储器。具体连接见下图1。于是，每选中一个地址，就有2

5、4位控制信号送上控制总线。一一. . 背景知识（背景知识（4 4）A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W c23 c16 c15 c8 c7 C0PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0XRDEMWR EMRDPCOEEMENIRENEINTELPMARENMAROEOUTENSTENRRDRWRCNFENX2X1X0WENAENS2S1S0Vcc手动A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 WA0 A1 A2 A3 A4

6、 A5 A6 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W6116RAM3程序控制图1 图1中，系统用了8条地址线，故最多可以放256条微指令。这个计算机实际上只有36条微指令。它们散布在这256个地址中，散布规律待下次课介绍。 图1中3个6116的“写使能”端由两种控制方式，在手动方式下，它们都接Vcc，所以不能写入，这意味着不能在手动方式下编写微指令；在程序（自动）方式下，由程序控制，可以写入数据编制微指令。开机时系统自动写入厂家编制的微指令系统。一一. . 背景知识（背景知识（5 5）A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10

7、 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W c23 c16 c15 c8 c7 C0PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0XRDEMWR EMRDPCOEEMENIRENEINTELPMARENMAROEOUTENSTENRRDRWRCNFENX2X1X0WENAENS2S1S0Vcc手动A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 WA0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W6116RAM3程序控制序号微指令

8、地址 序号微指令地址序号微指令 地址1234567891011127fbff7b7bf9fc6ffffc77fffc7fbffc7ffefc7fff7cbffffcbffffd6bfffd7bfefd7bff79189a4948c2c7c03ebe6575131415161718192021222324ef7f7ffcff5ffeff3ffeff5fff77ffff9f9fffdf9fffef7ffff7effff7f7fffb9ffffcb7bcecb9cc8495c4bd607080d0252+627282930313233343536fffcd7fffe90fffe91fffe92fff

9、e93fffe94fffe95fffe96fffeb7fffed7ffff17ffffffd41131665d214ae4d8dcc01一一. . 背景知识（背景知识（6 6） 微指令汇总及在微程序存储器中的一个地址：微指令汇总及在微程序存储器中的一个地址：在微程序存储器中多个地址中存着同一条微指令，表中只给出了其中的一个地址。一一. . 背景知识（背景知识（7 7） 实验箱微程序存储器的地址控制：实验箱微程序存储器的地址控制：实验箱微程序存储器的地址由两片可预置初值的四位二进制计数器构成，称作微指令计数器PC，连线如图2。其工作方式为： 当CEP和CET00时，计数器保持不变。 PE(IRE

10、N)=0时，在CK的上升沿，把P0P3引脚的值打入计数器。由于上边161的P0和P1接地，所以打入的初地址最后两位总是00。 当 PE =1时，在CK上升沿，上边161加一。当它加到1111值时，其TC为1，使下片161的CEP和CET为1，下片进入计数有效状态。计数为其他值时TC为0。 当上边的161为1111值时，下一个CK脉冲，使上片的计数值变为0000，下片加1，然后上片的 TC0。 IBUS的值由程序存储器输出，进而由PC值决定，不能用电键输入，这个问题下次课讨论。P0 Q0P1 Q1P2 Q2P3 Q3CEP CET CLKPE TCMRIBUS 2IBUS 3Ck IRENRST

11、VccPC0PC1PC2PC3P0 Q0P1 Q1P2 Q2P3 Q3CEPCET CLKPE TC MRIBUS 6IBUS 7PC4PC5PC6PC7IBUS 4IBUS 5161161图 2实验台实验台小键盘使用小键盘使用 四个主菜单，用四个主菜单，用TV/ME TV/ME 键切换键切换 观察内部寄存器； 观察和修改程序存储器； 观察和修改微程序存储器； 手动状态。一一. . 背景知识（背景知识（8 8）PC PC A W 00 00 00 00内部寄存器TV按EM Adr data 00 程序存储器按EM Adr MH MM ML 00 微程序存储器按Hand J1J3 OR J2J3

12、 手动状态按TVTVTV EM状态操作：状态操作：进入EM状态后，液晶屏显示如下图，闪动光标在Adr下，送入EM（微指令寄存器）地址后，闪动光标跳到MH下，送入微指令的高字节后，闪动光标跳到MM下，送入微指令的中字节后，闪动光标跳到ML下，送入微指令的低字节，则一条微指令送入微指令寄存器的指定地址单元。 若在送入EM的地址后，按NX键，则液晶屏显示该地址单元中已存贮的微指令值，但这时并不把这个值送上控制总线。即控制总线无改变。再按NX就显示下一个地址单元的微指令值。按LS键显示上一个地址单元的微指令。一一. . 背景知识（背景知识（9 9）EM Adr MH MM ML 00 二二. . 实验

13、任务实验任务1. 观察微指令寄存器地址为31H单元的内容；分析其控制功能；验证该功能是否实现。2. 编制一条微指令实现“A非”运算后右移一位的值送OUT；把这条微指令放入微程序寄存器的32H单元；验证它的功能是否实现。 (假设A=33H，W=11H，1和2两题连起来做）三三.实验过程举例实验过程举例实验任务：编制一条微指令实现“AW”后右移一位的值送OUT；把这条微指令放入微程序寄存器的03H单元；验证它的功能是否实现。第一步、 规划实验要点： 1. 该操作对应的微指令编码：由下图知：“AW”运算对应的控制总线编码为：c2 c1 c0000；“右移一位的值送数据总线”对应的控制总线编码为：c7

14、 c6 c5=101；“数据总线值打入送OUT寄存器”对应的控制总线编码为：c13=0。这操作的微指令编码：c23c0=1111 1111 1101 1110 1011 1000=FFDEB8H c23 c16 c15 c8 c7 c0PC7PC0XRDEMWR EMRDPCOEEMENIRENEINTELPMARENMAROEOUTENSTENRRDRWRCNFENX2X1X0WENAENS2S1S0Vcc手动 A0 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W程序控制 A0 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

15、 W A0 A7 A8 A9 A10 C ED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 W第二步、 安排实验步骤：1.初始化系统（Reset)，进入微程序存储器模式(EM状态)，用NX键 观察00H，01H，02H和03H地址中原有的微指令。2.因为这条指令要放入03单元，为避免00，01和02地址中的指令影响 验证03中的指令，把这三个地址都送入FF FF FF指令。 用LS键返回00H地址。给 00H, 01H和02H地址打入FF FF FFH。3. 给03H地址打入FF DE B8H。4. 再次观察00H、01H、02H和03H地址中的微指令。确定修改成功。5.在pc模式下验证功能 赋初值 pc (03) pc(XX) A(11) W(22) 按STEP