计算机组成原理实验报告3微程序控制器实验

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

2、的逻辑示波器观测时序信号，测量，TS1,TS2,TS3,TS4信号的方法如下： TATE UNIT中STO所关置为“ RUN状态(向上拨)，STEPF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STATEUNIT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)探头一端接实验仪左上

3、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STATEUNIT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STATEUNIT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 STATEUNIT中的STEP置为STEP状态，STOPS为RUN犬态，SWITCHJNIT 中CLR开关置为1状态

4、；C.在右上角的SWITCH UNIT43 UA5-UA0开关上置表中某个要写的微地址；D.在MK24-MK1开关上置表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,CL*关状态不变， 将实验板上 STATEUNIT中的STEP置为STEP状态， STOPW为RUN犬态,SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态；C.在

5、开关UA5-UA0上按表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PRO端程状态，重新执行；E. 重复 C-D 步骤，将表的每一行从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-D0置为“111111”，D7和D6开关

6、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1-g 1,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

7、下一个要读的微指令从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, 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 STRATO健，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

8、-D0人为强置修改分支地址；10 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时钟中脉冲与 TS1、 TS2 TSa TS4脉冲的波形，比较时钟中脉冲与TS1、 TS2、 TS3、 TS4脉冲的相互关系：时钟中脉冲的一个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AD

9、D的每条微指令的指令格式和功能:1) PCAR；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) RAIMBUS;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行读操作，发出存数控制信号，把RAM勺内容送到

10、总线上，再送到地址寄存器 AR中，程序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。3) RAIMBUS,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, RAMS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) RgDR1: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,

11、发出RS-B信号，把寄存器 R0中的内容送到 DR1寄存器中，程序计数器加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 .UA0061001101000000001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：WE$制信号白功能： W国存储器RAM勺写命令信号， WE=1时，RAM1行写操作,WE=0寸,RAMS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

12、而复始地发送出去；当STEP 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。1.52.51.50, ,M,Cn控制信号共同起到选择 ALU进行哪种运算。LOAD 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。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。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

13、器指令来进行三个工作寄存器R0,R1,R2的选通输出译码。6 .结论：根据实验操作步骤，所得的实验结果与理论值一致。7 .问题与讨论：练习二的实验里在执行 ADDf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。8 .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

14、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。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。9 .思考题：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$俞出），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,

15、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制信号白功能： W弱存储器RAM勺写命令信号，WE=f寸，RAMS行写操作， WE=CB寸,RAMS行读操作。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。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。06微指令功能是什么 06微指令S3,S2,S1,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寄存器中的内容相加，