完整word版計算機組成原理實驗報告 微控制器

1、西北工業(yè)大學(xué)計算機組成原理實驗報告計算機組成原理實驗報告題目微程序控制器實驗13實驗?zāi)康模?1)掌握微指令格式和各字段功能。掌握微指令的編制、寫入、觀察微程序的運行理解時序產(chǎn)生器的原理，了解時鐘和時序信號的波形。 掌握微程序控制器的功能、組成知識。實驗設(shè)備PC機一臺，TD CM3實驗系統(tǒng)一套。實驗內(nèi)容及要求：一）實驗原理：微程序控制電路與微指令格式（A）微程序控制電路微程序控制器的組成見圖10，其中控制存儲器采用3片2816的E2PROM，具有掉電保 護功能，微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器（74273）和一片40（74175）觸發(fā)器組成。微 地址寄存器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（7

2、474）組成，它們帶有清“0”端和預(yù)置端。 在不判別測試的情況下，T2時刻打入微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當 T4時 刻進行測試判別時，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。在該實驗電路中設(shè)有一個編程開關(guān)（位于實驗板右上方），它具有三種狀態(tài)：PROM （編 程）、READ（校驗）、RUN（運行）。當處于“編程狀態(tài)”時，實驗者可根據(jù)微地址和微指令格 式將微指令二進制代碼寫入到控制存儲器 2816中。當處于“校驗狀態(tài)”時，可以對寫入控 制存儲器中的二進制代碼進行驗證，從而可以判斷寫入的二進制代碼是否正確。當處于“運 行狀態(tài)”時，只要給出微程序

3、的入口微地址，則可根據(jù)微程序流程圖自動執(zhí)行微程序。圖 中微地址寄存器輸出端增加了一組三態(tài)門，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力， 并用來驅(qū)動微地址顯示燈。ccr便;c39*43rMHV ;匕詈nG -iSE a8Is I u-fc -T I呵PhkhlIi i_ IsswsEBoinn圖10微程序控制器原理圖(B)微指令格式微指令字長共24位，其控制位順序如圖所示。232221201918-1514-1211-98-65-0M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA011微指令格式A字段141312選擇/000NOP001LDA010LDB011LDR0100保留1

4、01保留110保留111LDIRB字段11109選擇000NOP001ALU-B010R0-B011保留100保留101保留110保留111保留876選擇000NOP001P 010保留011保留100保留101保留110保留111保留C字段為6位的后續(xù)微地址，A，B，C為三個譯碼字段，分制器單元微地址鎖存器的強置端輸出。MA-MAo別由三個控制位譯碼出多個微命令。C字段中的P 是測試字位。其功能是根據(jù)機器指令及相應(yīng)微代碼進 行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實現(xiàn) 微程序的順序、分支、循環(huán)運行，。圖中I7 一 I2為 指令寄存器的第7-2位輸出，SE5-SEO為微程序控(C)二進制代碼

5、表二進制微代碼表0000 00 010000000000000000000000010100 70 700000000001110000011100000400 24 050000000000100100000001010504 B2 010000010010110010000000013000 14 040000000000010100000001003218 30 010001100000110000000000013328 04 010010100000000100000000013500 00 35000000000000000000110101將全部微程序按照指令格式變成二進制微代碼

6、可得上表實驗內(nèi)容1. 按照實驗接線圖連接好實驗線路，并且檢查線路，確保無誤。2. 對微控器的讀寫操作(1)手動讀寫(2)聯(lián)機讀寫3. 運行微程序(1)本機運行(2)聯(lián)機運行這次實驗安排了四條機器指令，分別為 ADD(0000 0000)、IN(0010 0000)、OUT(0011 0000)和HLT(0101 0000)，括號中為各指令的二進制代碼，指令格式如下：IN00100000ADD00000000OUT00110000HLT01010000INRO OUTR0+R0 R0助記符機器指令說明停機實驗中機器指令由CON單元的二進制開關(guān)手動給出，其余單元的控制信號均 由微控制器自動產(chǎn)生，為

7、此可以設(shè)計出相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路圖，見圖3-2-8所示。幾 條機器指令對應(yīng)的參考微程序流程圖如圖 3-2-9所示。圖中一個矩形方框表示 一條微指令，方框中的內(nèi)容為該指令執(zhí)行的微操作，右上角的數(shù)字是該條指令的微地址，右下角的數(shù)字是該條指令的后續(xù)微地址，所有微地址均用16進制表示。 向下的箭頭指出了下一條要執(zhí)行的指令。PIR, P B;A 加 B-R0;R0-A;IN-R0;RO-OUT;NOP;/* End Of MicroCo ntroller Data * /3. 運行微程序運行時也分兩種情況：本機運行和聯(lián)機運行。1）本機運行 將時序與操作臺單元的開關(guān) KK1、KK3置為運行檔，按動CON單元的C

8、LR按 鈕，將微地址寄存器（MAR清零，同時也將指令寄存器（IR）、ALU單元的暫存器A和 暫存器B清零。 將時序與操作臺單元的開關(guān) KK2置為單拍檔，然后按動 ST按鈕，體會系統(tǒng) 在T1、T2、T3、T4節(jié)拍中各做的工作。T2節(jié)拍微控器將后續(xù)微地址（下條執(zhí)行的微 指令的地址）打入微地址寄存器，當前微指令打入微指令寄存器，并產(chǎn)生執(zhí)行部件相應(yīng) 的控制信號；T3、T4節(jié)拍根據(jù)T2節(jié)拍產(chǎn)生的控制信號做出相應(yīng)的執(zhí)行動作，如果測試 位有效，還要根據(jù)機器指令及當前微地址寄存器中的內(nèi)容進行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng) 的微地址入口，實現(xiàn)微程序的分支。 按動CON單元的CLR按鈕，清微地址寄存器（MAR等，并將時序

9、與單元的開關(guān) KK2 置為單步檔。五、 置IN單兀數(shù)據(jù)為00100011，按動ST按鈕，當MC單兀后續(xù)微地址顯示為 000001時，在CON單元的SD27-SD20模擬給出IN 指令00100000并繼續(xù)單步執(zhí)行， 當MC單元后續(xù)微地址顯示為000001時，說明當前指令已執(zhí)行完；在 CON單元的SD27- SD20給出ADD指令00000000，該指令將會在下個 T3被打入指令寄存器（IR）, 它將R0中的數(shù)據(jù)和其自身相加后送 R0 ;接下來在CON單元的SD27-SD20給出OUT 指令00110000并繼續(xù)單步執(zhí)行，在 MC單元后續(xù)微地址顯示為 000001時，觀查OUT 單元的顯示值是否

10、為 01000110。2）聯(lián)機運行聯(lián)機運行時，進入軟件界面，在菜單上選擇【實驗】-【微控器實驗】，打開本實驗的數(shù)據(jù)通路圖，也可以通過工具欄上的下拉框打開數(shù)據(jù)通路圖，數(shù)據(jù)通路圖如圖3-2-8 所示。將時序與操作臺單元的開關(guān) KK1、KK3置為運行檔，按動CON單元的總清開關(guān)后， 按動軟件中單節(jié)拍按鈕，當后續(xù)微地址（通路圖中的 MAR為000001時，置CON單元 SD27-SD20產(chǎn)生相應(yīng)的機器指令，該指令將會在下個T3被打入指令寄存器（IR），在后面的節(jié)拍中將執(zhí)行這條機器指令。仔細觀察每條機器指令的執(zhí)行過程，體會后續(xù)微地 址被強置轉(zhuǎn)換的過程，這是計算機識別和執(zhí)行指令的根基。也可以打開微程序流程

11、圖， 跟蹤顯示每條機器指令的執(zhí)行過程。按本機運行的順序給出數(shù)據(jù)和指令，觀查最后的運算結(jié)果是否正確。4.思考題解答對于思考題還需要運用到前面的靜態(tài)存儲器的知識，需要將實驗系統(tǒng)上的控制單元的 （IOW/IOR位置與存儲器上對應(yīng)的（IOW/IOR）位置連上。然后編寫聯(lián)機文件如下：;/*；/；/；/ /*/；/* Start Of MicroController Data*/$M 00 000001; NOP$M 01 007070; CON（INS）-IR, P *38 081001 $M 36 200401 $M 37 103001 $M 04 002405 $M 05 04B201 $M 30

12、001404 $M 32 183001 $M 33 280401 $M 35 000035/指令文件/;IO-AR;Ro-M;M-Ro;R0-B;A 加 B-R0;R0-A;IN-R0;R0-OUT;NOP;/* End Of MicroC on troller Data * /結(jié)論:第一個實驗輸入：R0 00100011( 23)理論輸出：R0 =04000110(46)實際輸出：R0 =01000110(46)思考題實驗輸入：R0 =00011(23)MEN 00000011理論輸出：R0 -=00100011+00000011=00100110( 26)實際輸出：R0 =00100110（ 26）六、實驗心得:本次實驗是計算機組成原理的第三次實驗， 相比于前兩次來說難度稍微大一些，而且綜合性稍強，實驗中自己和同伴出現(xiàn)了許多問題，但是最終在老師的指導(dǎo)下和與同學(xué)的討論下，實驗最終基本上順利的完成。經(jīng)過本次實驗，自己對于計算機組成原理這