實(shí)驗(yàn)四微程序控制器及指令部件實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 微程序控制器與微程序控制器與 指指 令令 部部 件件 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課件 陸遙一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康膎掌握微程序的寫入及修改方法。掌握微程序的寫入及修改方法。n掌握微程序控制的原理和方法。掌握微程序控制的原理和方法。n掌握指令部件的組成。掌握指令部件的組成。1.掌握指令寄存器（掌握指令寄存器（IR）的打入操作，以及程序）的打入操作，以及程序計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器（PC）的置數(shù)與計(jì)數(shù)操作。）的置數(shù)與計(jì)數(shù)操作。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求（一）微程序控制器實(shí)驗(yàn)（一）微程序控制器實(shí)驗(yàn)n使用駐機(jī)鍵盤進(jìn)行微程序的寫入與修改。使用駐機(jī)鍵盤進(jìn)行微程序的寫入與修改。n取出控存中的微

2、指令，并發(fā)出其中的微命令。取出控存中的微指令，并發(fā)出其中的微命令。n用微程序控制的方法，實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算用微程序控制的方法，實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算“A加加B”，并輸出運(yùn)算結(jié)果。提示：每一步操作控制用一并輸出運(yùn)算結(jié)果。提示：每一步操作控制用一條微指令來完成；另，所需脈沖信號(hào)仍以手動(dòng)條微指令來完成；另，所需脈沖信號(hào)仍以手動(dòng)方式產(chǎn)生。方式產(chǎn)生。（二）指令部件實(shí)驗(yàn)（二）指令部件實(shí)驗(yàn)n給給PC置數(shù)（通常為轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令的地址）。置數(shù)（通常為轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令的地址）。n控制控制PC加加1.n將指令代碼打入將指令代碼打入IR。三、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法三、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法（一）微程序控制器實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法（一）微程序控制器實(shí)驗(yàn)

3、原理與實(shí)驗(yàn)方法n微指令長度為微指令長度為24位，采用全水平型格式，包含位，采用全水平型格式，包含24個(gè)微命令。個(gè)微命令。n微程序的執(zhí)行控制采用微程序的執(zhí)行控制采用PC方式，微地址為方式，微地址為8位位（MD7MD0）。每條指令的微程序在控存中）。每條指令的微程序在控存中的首地址，用指令操作碼（的首地址，用指令操作碼（I7I4）修改微地址）修改微地址形成：形成：0 0 I7 I6 I5 I4 1 1。微程序中的各條。微程序中的各條微指令在控存中連續(xù)存放。微指令在控存中連續(xù)存放。n控存控存0號(hào)單元存放取指微指令。系統(tǒng)加電啟動(dòng)后，號(hào)單元存放取指微指令。系統(tǒng)加電啟動(dòng)后， PC自動(dòng)清自動(dòng)清0；每次按；每

4、次按“停機(jī)停機(jī)”按鈕后，按鈕后， PC也也將清將清0。n每段微程序都以取指微指令結(jié)束，以便取出下每段微程序都以取指微指令結(jié)束，以便取出下條指令。條指令。n微指令格式如下：微指令格式如下：n微程序控制器實(shí)驗(yàn)電路如下。其中，控存由微程序控制器實(shí)驗(yàn)電路如下。其中，控存由3片片6264組成；微指令寄存器由組成；微指令寄存器由3片片74374組成；組成； PC由由2片片74161組成。組成。n控制信號(hào)說明：控制信號(hào)說明： RUN是系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志，是系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志，RUN1，運(yùn)行狀態(tài)；，運(yùn)行狀態(tài)；RUN0，停機(jī)狀態(tài)。，停機(jī)狀態(tài)。 STOP是系統(tǒng)的停機(jī)狀態(tài)標(biāo)志，是系統(tǒng)的停機(jī)狀態(tài)標(biāo)志，STOP1，停機(jī)

5、狀態(tài)；，停機(jī)狀態(tài)；STOP0，運(yùn)行狀態(tài)。，運(yùn)行狀態(tài)。 MLD是是PC的工作方式控制信號(hào)，的工作方式控制信號(hào)，MLD0，PC為置為置數(shù)方式；數(shù)方式；MLD1，PC為計(jì)數(shù)方式。為計(jì)數(shù)方式。 MCK是是PC的工作脈沖，上升沿完成的工作脈沖，上升沿完成PC的置數(shù)或計(jì)的置數(shù)或計(jì)數(shù)。數(shù)。 CR和和CW是鍵盤監(jiān)控方式下的控存讀是鍵盤監(jiān)控方式下的控存讀/寫控制信號(hào)，低寫控制信號(hào)，低電平有效；由鍵盤監(jiān)控實(shí)施控制。電平有效；由鍵盤監(jiān)控實(shí)施控制。 M/C是鍵盤監(jiān)控對(duì)內(nèi)存或控存的選擇信號(hào)，為是鍵盤監(jiān)控對(duì)內(nèi)存或控存的選擇信號(hào)，為0選擇內(nèi)選擇內(nèi)存，為存，為1選擇控存；由鍵盤監(jiān)控實(shí)施控制。選擇控存；由鍵盤監(jiān)控實(shí)施控制。 M

6、OCK是微指令寄存器的打入脈沖，上升沿有效。是微指令寄存器的打入脈沖，上升沿有效。n將微程序輸入控存是在停機(jī)狀態(tài)（將微程序輸入控存是在停機(jī)狀態(tài)（STOP1，RUN0）下，通過鍵盤監(jiān)控來完成的：）下，通過鍵盤監(jiān)控來完成的： 在停機(jī)狀態(tài)下，按下鍵盤上的任意鍵進(jìn)入鍵盤在停機(jī)狀態(tài)下，按下鍵盤上的任意鍵進(jìn)入鍵盤監(jiān)控，監(jiān)控，LCD顯示器上顯示出操作主菜單。顯示器上顯示出操作主菜單。 按按“1”選擇微代碼操作（選擇微代碼操作（Mcode），），LCD顯示：顯示： ADDR MICRO CODE 00 xx xx xx 通過按通過按“TAB”鍵移動(dòng)光標(biāo)到微地址或微代碼部分，鍵移動(dòng)光標(biāo)到微地址或微代碼部分，進(jìn)行

7、微地址或微代碼的修改。修改完畢，按進(jìn)行微地址或微代碼的修改。修改完畢，按“Next”鍵或鍵或“Enter”鍵保存該微地址單元的內(nèi)容，鍵保存該微地址單元的內(nèi)容，并使微地址加并使微地址加1。如此，可連續(xù)向多個(gè)微地址單元。如此，可連續(xù)向多個(gè)微地址單元輸入微指令代碼。輸入微指令代碼。n用微程序控制的方法，實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算用微程序控制的方法，實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算“A加加B”，并輸出運(yùn)，并輸出運(yùn)算結(jié)果：算結(jié)果： 將運(yùn)算器的輸入端與將運(yùn)算器的輸入端與二進(jìn)制開關(guān)相連，輸出端與數(shù)據(jù)總二進(jìn)制開關(guān)相連，輸出端與數(shù)據(jù)總線相連。將微控制器微命令輸出端中與運(yùn)算器控制相關(guān)的線相連。將微控制器微命令輸出端中與運(yùn)算器控制相關(guān)的控制信號(hào)與運(yùn)

8、算器相應(yīng)的控制信號(hào)輸入端相連?？刂菩盘?hào)與運(yùn)算器相應(yīng)的控制信號(hào)輸入端相連。 將將MOCK接接PLS1，MCK、D1CK及及D2CK均接均接PLS4. 將操作過程分為將操作過程分為3個(gè)步驟：個(gè)步驟： 將將A送入送入DR1； 將將B送送入入DR2； 執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算“A加加B”，并將運(yùn)算結(jié)果輸出到，并將運(yùn)算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線。 將上述將上述3個(gè)步驟的操作編寫成以下個(gè)步驟的操作編寫成以下3條微指令，依次寫入條微指令，依次寫入到控存的到控存的00，01和和02單元，完成后按單元，完成后按MENU鍵。鍵。 按運(yùn)行按鈕，使系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；此時(shí)按運(yùn)行按鈕，使系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；此時(shí)PC為為0

9、。 撥二進(jìn)制開關(guān)形成數(shù)據(jù)撥二進(jìn)制開關(guān)形成數(shù)據(jù)A；按鍵盤上的；按鍵盤上的STEP鍵，然后鍵，然后再按再按ENTER鍵，時(shí)序單元自動(dòng)順序產(chǎn)生鍵，時(shí)序單元自動(dòng)順序產(chǎn)生PLS1PLS4（一（一個(gè)微指令周期），完成第一條微指令的讀取和執(zhí)行，將數(shù)個(gè)微指令周期），完成第一條微指令的讀取和執(zhí)行，將數(shù)據(jù)據(jù)A打入打入DR1，并使，并使PC加加1，形成下條微指令的微地址。，形成下條微指令的微地址。 撥二進(jìn)制開關(guān)形成數(shù)據(jù)撥二進(jìn)制開關(guān)形成數(shù)據(jù)B；按鍵盤上的；按鍵盤上的STEP鍵，然后鍵，然后再按再按ENTER鍵，將數(shù)據(jù)鍵，將數(shù)據(jù)B打入打入DR2，并使，并使PC加加1，形成，形成下條微指令的微地址。下條微指令的微地址。

10、將微地址二進(jìn)制開關(guān)撥為全將微地址二進(jìn)制開關(guān)撥為全0；按鍵盤上的按鍵盤上的STEP鍵，鍵，然后再按然后再按ENTER鍵，完成運(yùn)算并顯示運(yùn)算結(jié)果，同時(shí)將鍵，完成運(yùn)算并顯示運(yùn)算結(jié)果，同時(shí)將二進(jìn)制開關(guān)上的微地址二進(jìn)制開關(guān)上的微地址0打入打入PC；重復(fù)步驟；重復(fù)步驟 ，可以，可以繼續(xù)進(jìn)行下一次運(yùn)算。繼續(xù)進(jìn)行下一次運(yùn)算。n實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容： 1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及附件實(shí)驗(yàn)設(shè)備及附件 2. 實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn)任務(wù) 將存儲(chǔ)器與運(yùn)算器連接，用微程序控制方法實(shí)現(xiàn)：將運(yùn)將存儲(chǔ)器與運(yùn)算器連接，用微程序控制方法實(shí)現(xiàn)：將運(yùn)算數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，然后由存儲(chǔ)器向運(yùn)算器送數(shù)，運(yùn)算器算數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，然后由存儲(chǔ)器向運(yùn)算器送數(shù)，運(yùn)算器運(yùn)

11、算結(jié)束后再將運(yùn)算結(jié)果存入存儲(chǔ)器。具體運(yùn)算數(shù)據(jù)及運(yùn)運(yùn)算結(jié)束后再將運(yùn)算結(jié)果存入存儲(chǔ)器。具體運(yùn)算數(shù)據(jù)及運(yùn)算功能自定。算功能自定。 3. 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 包括：實(shí)驗(yàn)電路圖；實(shí)驗(yàn)原理簡述；微指令格式；微指包括：實(shí)驗(yàn)電路圖；實(shí)驗(yàn)原理簡述；微指令格式；微指令周期各時(shí)鐘周期的操作安排。令周期各時(shí)鐘周期的操作安排。 4. 微程序設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)操作過程微程序設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)操作過程 5. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)總結(jié)（二）指令部件實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法（二）指令部件實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法n本系統(tǒng)的指令字長為本系統(tǒng)的指令字長為12字節(jié)。第一個(gè)字節(jié)包含字節(jié)。第一個(gè)字節(jié)包含操作碼（操作碼（I7I4）和通用寄存器號(hào)（）和通用寄存器號(hào)（I1I0），第

12、），第二個(gè)字節(jié)（如果有的話）包含訪存地址、立即二個(gè)字節(jié)（如果有的話）包含訪存地址、立即數(shù)或轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令地址。數(shù)或轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令地址。n指令寄存器由指令寄存器由IR1和和IR2組成（采用組成（采用74374）。）。IR1用來存放指令的第一個(gè)字節(jié)，用來存放指令的第一個(gè)字節(jié)，IR2用來存放用來存放指令的訪存地址或轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令地址。指令的訪存地址或轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令地址。n程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)是一個(gè)8位計(jì)數(shù)器，由位計(jì)數(shù)器，由2片片74161組成。組成。n指令部件實(shí)驗(yàn)電路圖如下。指令部件實(shí)驗(yàn)電路圖如下。n控制信號(hào)說明：控制信號(hào)說明： EIR1和和EIR2是指令寄存器是指令寄存器IR1和和IR2的輸入允

13、的輸入允許信號(hào)，低電平有效。許信號(hào)，低電平有效。 IR1CK和和IR2CK是是IR1和和IR2的打入脈沖，上的打入脈沖，上升沿有效。升沿有效。 IR2-O是是IR2向地址總線的輸出控制信號(hào)，低向地址總線的輸出控制信號(hào)，低電平有效。電平有效。 PC-O為低電平時(shí)，雙為低電平時(shí)，雙4選選1選擇器選擇器74153的的ZB端端輸出為高電平，允許輸出為高電平，允許PC計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)； PC-O為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。同時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。同時(shí)，PC-O也是也是PC向地址總線輸出向地址總線輸出的控制信號(hào)，低電平有效。的控制信號(hào)，低電平有效。 ELP為低電平時(shí)，由為低電平時(shí)，由JS1和和JS0選擇選擇741

14、53A組的組的4個(gè)輸入個(gè)輸入（A0A3）之一從）之一從ZA端輸出。如果端輸出。如果ZA端輸出為低電平，端輸出為低電平，則使則使PC處于置數(shù)工作方式，可接收處于置數(shù)工作方式，可接收IR2傳來的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地傳來的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址。址。ELP為高電平時(shí)，使為高電平時(shí)，使PC處于計(jì)數(shù)工作方式。處于計(jì)數(shù)工作方式。 JS1和和JS0用于對(duì)用于對(duì)74153某組輸入（某組輸入（A0A3或或B0B3）實(shí)）實(shí)施施4選選1輸出。當(dāng)輸出。當(dāng)ELP為低電平時(shí)，可從為低電平時(shí)，可從JZ、JC或或JN中選中選擇其中之一從擇其中之一從ZA端輸出。端輸出。 JZ、JC或或JN為條件轉(zhuǎn)移指令為條件轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移測試條件，其中，的轉(zhuǎn)移測

15、試條件，其中，JZ0表示表示ALU的運(yùn)算結(jié)果為零；的運(yùn)算結(jié)果為零；JC0表示表示ALU產(chǎn)生了最高進(jìn)位；產(chǎn)生了最高進(jìn)位；JN未具體定義，可由操未具體定義，可由操作者自行定義。作者自行定義。 PCCK是是PC的工作脈沖，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)的工作脈沖，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)PC置數(shù)或加置數(shù)或加1，上，上升沿有效。升沿有效。n對(duì)對(duì)PC的置數(shù)操作有兩種方式：的置數(shù)操作有兩種方式： 在運(yùn)行狀態(tài)下，從在運(yùn)行狀態(tài)下，從IR2接收。這種操作發(fā)生在轉(zhuǎn)移指令接收。這種操作發(fā)生在轉(zhuǎn)移指令中，從存儲(chǔ)器讀入的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址裝入中，從存儲(chǔ)器讀入的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址裝入IR2，再由，再由IR2輸輸出到出到PC。 在停機(jī)狀態(tài)下，通過鍵盤監(jiān)控對(duì)在停機(jī)狀態(tài)下，通過鍵盤監(jiān)控對(duì)PC內(nèi)容進(jìn)行修改。這內(nèi)容進(jìn)行修改。這種方式在模型機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，用來設(shè)置程序的入口地址。種方式在模型機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，用來設(shè)置程序的入口地址。n對(duì)對(duì)IR1和和IR2的操作：的操作： IR1中存放從存儲(chǔ)器中取出的單字節(jié)指令或雙字節(jié)指令中存放從存儲(chǔ)器中取出的單字節(jié)指令或雙字節(jié)指令的第一個(gè)字節(jié)。取指時(shí)，指令地址由的第一個(gè)字節(jié)。取指時(shí)，指令地址由PC提供。提供。 IR2中存放從存儲(chǔ)器中取出的雙字節(jié)指令的第二個(gè)字節(jié)中存放從存儲(chǔ)器中取出的雙字節(jié)指令的第二個(gè)字節(jié)（除立即數(shù)外），地址亦由（除立即數(shù)外），地址亦由PC提供（提供（PC在取出指令的第在取出指令的第一個(gè)字節(jié)后加一