計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告3微程序控制器實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三 微程序控制器實(shí)驗(yàn)一 . 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 理解時(shí)序產(chǎn)生器的原理，了解時(shí)鐘和時(shí)序信號(hào)的波形；2. 掌握微程序控制器的功能，組成知識(shí)；3. 掌握微指令格式和各字段功能；4. 掌握微程序的編制，寫(xiě)入，觀察微程序的運(yùn)行，學(xué)習(xí)基本指令的執(zhí)行流程。實(shí)驗(yàn)要求 ：1. 實(shí)驗(yàn)前，要求做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，并復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)過(guò)的控制信號(hào)的作用；2. 按練習(xí)一要求完成測(cè)量波形的操作，畫(huà)出 TS1,TS2,TS3,TS4 的波形，并測(cè)出所用的脈沖周期。按練習(xí)二的要求輸入微指令的二進(jìn)制代碼表，并單步運(yùn)行五條機(jī)器指令。二 . 實(shí)驗(yàn)方案：按實(shí)驗(yàn)圖在實(shí)驗(yàn)儀上接好線后，仔細(xì)檢查無(wú)誤后可接通電源。1 .練習(xí)一：用聯(lián)機(jī)軟件

2、的邏輯示波器觀測(cè)時(shí)序信號(hào)，測(cè)量，TS1,TS2,TS3,TS4信號(hào)的方法如下： TATE UNIT中STO所關(guān)置為“ RUN狀態(tài)(向上撥)，STEPF關(guān)置為“EXEC狀態(tài)(向上撥) 。(2)將SWITCH UNIT中右下角CLR開(kāi)關(guān)置為“ 1 ”(向上撥)。(3)按動(dòng)“ START按鈕，即可產(chǎn)生連續(xù)脈沖。( 4 )調(diào)試”菜單下的“顯示邏輯示波器窗口，即可出現(xiàn)測(cè)量波形的畫(huà)面。(5)探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的插座，即可測(cè)出時(shí)鐘的波形。(6)探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH2另一端接STATE UNIT中的TS1插座，即可測(cè)出 TS1的波形；(7)探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上

3、角的CH1,另一端接STATE UNIT中的TS2插座，即可測(cè)出 TS2的波形。(8)將紅色探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS3插座，即可測(cè)出 TS3 的波形。(9)將紅色探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS4插座，即可測(cè)出 TS4 的波形。2 . 觀察微程序控制器的工作原理： 關(guān)掉實(shí)驗(yàn)儀電源，拔掉前面測(cè)時(shí)序信號(hào)的接線； 編程寫(xiě)入E2PROM 2816A.將編程開(kāi)關(guān)(MJ20)置為PROM(編程)狀態(tài)；B.將實(shí)驗(yàn)板上 STATEUNIT中的STEP置為STEP狀態(tài)，STOPS為RUN犬態(tài)，SWITCHJNIT 中CLR開(kāi)關(guān)置為1狀態(tài)

4、；C.在右上角的SWITCH UNIT43 UA5-UA0開(kāi)關(guān)上置表中某個(gè)要寫(xiě)的微地址；D.在MK24-MK1開(kāi)關(guān)上置表中要寫(xiě)的微地址后面的24位微代碼，24位開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)24位顯示燈，開(kāi)關(guān)置為 1 時(shí)燈亮，為0 時(shí)燈滅；E. 啟動(dòng)時(shí)序電路，即將微代碼寫(xiě)入到E2PROM 2816的相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的單元中；F. 重復(fù) C-E 步驟，將表的每一行寫(xiě)入E2PROM 2816。 校驗(yàn)A.將編程開(kāi)關(guān)置為 READ(校驗(yàn))狀態(tài)；B.保持STEP,STOP,CL*關(guān)狀態(tài)不變， 將實(shí)驗(yàn)板上 STATEUNIT中的STEP置為STEP狀態(tài)， STOPW為RUN犬態(tài),SWITCH UNIT中CLR開(kāi)關(guān)置為1狀態(tài)；C.在

5、開(kāi)關(guān)UA5-UA0上按表置好要讀的某個(gè)微地址；D.按動(dòng)START鍵，啟動(dòng)時(shí)序電路，就能讀出微代碼，觀察顯示燈MD24-MD1的狀態(tài)，檢查讀出的微代碼是否與已經(jīng)寫(xiě)入的相同，若不同，將開(kāi)關(guān)置于PRO端程狀態(tài)，重新執(zhí)行；E. 重復(fù) C-D 步驟，將表的每一行從E2PROM 2816讀出來(lái)。練習(xí)二： 步運(yùn)行五條機(jī)器指令。1、將編程開(kāi)關(guān)置于“ RUN狀態(tài)；2、 實(shí)驗(yàn)儀的“ STEP及 STOP開(kāi)關(guān)保持原狀，即 STEP置為“ STEP狀態(tài)，STOP置 為“ RUN狀態(tài)，SWITCH UNIT中CLR開(kāi)關(guān)置為1狀態(tài)；3、實(shí)驗(yàn)儀的“SW-BUS置為0,左下方開(kāi)關(guān)D5-D0置為“111111”，D7和D6開(kāi)關(guān)

6、任意，（置 0 或者 1 都可以）4、將清零開(kāi)關(guān)CLR從高拔到低，再?gòu)牡桶蔚礁?，即將開(kāi)關(guān)CLR置1-g 1,可以發(fā)現(xiàn)后續(xù) 微地址UA5-UA0燈變?yōu)?00000, 000000是微指令運(yùn)行啟始地址；5、接著按動(dòng)一下“ START鍵，UA5-UA0燈會(huì)變?yōu)?10000,這是在讀00 （八進(jìn)制）條微指 令，給出了下一條要讀的微指令是10 （八進(jìn)制） ；6、在UA5-UA0燈變?yōu)?10000時(shí)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀左下方開(kāi)關(guān)D7-D0人為強(qiáng)置設(shè)置分支地址，將 D5-D0 置 “111111” - “111100” - “111111”，可以發(fā)現(xiàn) UA5-UA0燈從 010000 變?yōu)?010011 ，這表示

7、下一個(gè)要讀的微指令從010000 修改為了 010011；7、在UA5-UA0燈為010011時(shí)，也就是23（八進(jìn)制）時(shí)，對(duì)微程序流程圖，按動(dòng)一下“START 鍵，UA5-UA0燈會(huì)變?yōu)?00001,也就是01 （八進(jìn)制），表示讀出了 23條微指令，給出 了下一條要讀的是01 條微指令；8、在UA5-UA0燈為000001時(shí)，按動(dòng)一下 START, UA5-UA0燈會(huì)變?yōu)?00010,表示讀出 了 01 條微指令，下一條要讀出的是02 條微指令；9 、 接著按動(dòng)一下 STRATO健，讀出02條微指令時(shí)，UA5-UA0燈顯示為001000時(shí)，在當(dāng)前 條件下，可通過(guò)強(qiáng)置端 SE1-SE6相接的D5

8、-D0人為強(qiáng)置修改分支地址；10 執(zhí)行完每個(gè)指令的最后一條微指令后，都會(huì)回到01 微指令，這樣才表示執(zhí)行完了一條指令，同時(shí)也表示可以執(zhí)行新的指令了；11 按照上述方法，把所有分支都執(zhí)行一遍。三 . 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理：測(cè)量并畫(huà)出時(shí)鐘和時(shí)序信號(hào)波形，比較它們的相互關(guān)系。波形圖：CPU周期TS1TS2TS3TS4時(shí)鐘中脈沖與 TS1、 TS2 TSa TS4脈沖的波形，比較時(shí)鐘中脈沖與TS1、 TS2、 TS3、 TS4脈沖的相互關(guān)系：時(shí)鐘中脈沖的一個(gè)CPU周期的時(shí)間，是 TS1、TS2、TS3、TS4脈沖的時(shí)間之和，即節(jié)拍脈沖把一個(gè) CPU周期劃分成幾個(gè)較小的時(shí)間間隔。四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：分析AD

9、D的每條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：根據(jù) ABC字段發(fā)出的信號(hào)，WE=0,讀取內(nèi)存內(nèi)容，將 PC的內(nèi)容送到地址寄存器中AR程序計(jì)數(shù)器加1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。2) RAIMBUS;BUSAR:指令格式:微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA003000000001110000000000100功能：根據(jù)微地址 03, RAM行讀操作，發(fā)出存數(shù)控制信號(hào)，把RAM勺內(nèi)容送到

10、總線上，再送到地址寄存器 AR中，程序計(jì)數(shù)器加1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。3) RAIMBUS,BUSDR2:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA004000000001011000000000101功能：根據(jù)微地址 04, RAMS行讀操作，發(fā)出 LDDR2信號(hào)，把RAM的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上，再送到DR2寄存器中，程序計(jì)數(shù)器加 1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。4) RgDR1:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA005000000011010001000000110功能：根據(jù)微地址 05,

11、發(fā)出RS-B信號(hào)，把寄存器 R0中的內(nèi)容送到 DR1寄存器中，程序計(jì)數(shù)器加1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。5)DR1+DR2R0:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA0061001101000000001功能：根據(jù)微地址 06,發(fā)出ALU-B信號(hào)，把DR1和DR2相加，結(jié)果放R0寄存器中，回到01微指令。五.寫(xiě)出掌握了的控制信號(hào)的作用：WE$制信號(hào)白功能： W國(guó)存儲(chǔ)器RAM勺寫(xiě)命令信號(hào)， WE=1時(shí)，RAM1行寫(xiě)操作,WE=0寸,RAMS行讀操作。當(dāng)STEP開(kāi)關(guān)為0時(shí)態(tài)，一旦按下啟動(dòng)鍵，運(yùn)行觸發(fā)器Cr 一直處于1狀態(tài)，因此時(shí)序TS1-TS4將周

12、而復(fù)始地發(fā)送出去；當(dāng)STEP 1時(shí)，一旦按下啟動(dòng)鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此次只讀一條指令，可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí) 行結(jié)果。1.52.51.50, ,M,Cn控制信號(hào)共同起到選擇 ALU進(jìn)行哪種運(yùn)算。LOAD PC加1信號(hào)，P(1)-P(4)是四個(gè)測(cè)試判別信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序輸入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)驗(yàn)微程序的順序，分支，循環(huán)運(yùn)行。LDRi控制信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來(lái)進(jìn)行三個(gè)工作寄存器.R0,R1及R2的選擇存入譯碼。RS-B,RD-B,RI-B分別為源寄存器選通輸出信號(hào)，目的寄存器選通輸出信號(hào)及變址寄存器選通輸出信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)

13、器指令來(lái)進(jìn)行三個(gè)工作寄存器R0,R1,R2的選通輸出譯碼。6 .結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作步驟，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值一致。7 .問(wèn)題與討論：練習(xí)二的實(shí)驗(yàn)里在執(zhí)行 ADDf令時(shí)，在分支處強(qiáng)置修改分支地址，并且以后每次 都強(qiáng)置修改，運(yùn)行完以后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果是錯(cuò)誤的，檢查步驟，與同學(xué)討論，分析原 因，原來(lái)是當(dāng)微程序不產(chǎn)生分支時(shí)，后繼微地址直接由微指令的順序控制字段給出。當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時(shí)，意味著微程序出現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移，這時(shí)，可通過(guò)SE6-SE1強(qiáng)制端去修改微地址寄存器的內(nèi)容，并按改好的內(nèi)容讀出下一條微指令，然后繼 續(xù)往下執(zhí)行。8 .實(shí)驗(yàn)總結(jié)：心得體會(huì)：通過(guò)該實(shí)驗(yàn)讓我較好地掌握了微程序控制器的功能，組成知識(shí)，微指令

14、格式和各字段功能，微程序的編制，寫(xiě)入，觀察微程序的運(yùn)行，學(xué)習(xí)基本指令的執(zhí)行流程，遇到問(wèn)題，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析，討論，請(qǐng)教老師解決問(wèn)題，基本達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。問(wèn)題分析：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，首先檢查線路是否連接準(zhǔn)確，然后再查看 步驟，有無(wú)漏做或做錯(cuò)的步驟，分析可能出錯(cuò)的原因，與同學(xué)討論，若仍無(wú)法解 決，就請(qǐng)教老師，請(qǐng)指導(dǎo)老師查看指正。9 .思考題：本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了幾條指令分別是什么指令答：本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了五條指令，分別是 IN （輸入），ADD（二進(jìn)制加法），STA （存 數(shù)），OUT$俞出），JMP （無(wú)條件轉(zhuǎn)移）。S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信號(hào)共同起到什么作用答：S3,S2,S1,

15、S0,M,Cn控制信號(hào)共同起到選擇 ALU進(jìn)行哪種運(yùn)算。寫(xiě)出WE制信號(hào)的功能。答：WE制信號(hào)白功能： W弱存儲(chǔ)器RAM勺寫(xiě)命令信號(hào)，WE=f寸，RAMS行寫(xiě)操作， WE=CB寸,RAMS行讀操作。字段主要能譯出什么信號(hào)分別寫(xiě)出來(lái)。答：A字段中，主要是寄存器的打入信號(hào)，B字段中主要是寄存器的輸出信號(hào)，C字段中，主要是測(cè)試信號(hào)。UA5-UA0是當(dāng)前微地址還是后繼微地址答：UA5-UA0是當(dāng)前后繼微地址。06微指令功能是什么 06微指令S3,S2,S1,的值為“ 100101”代表什么運(yùn)算 A字段“001”和B字段“101”分別選中哪個(gè)控制信號(hào)，信號(hào)的功能分別是什么06微指令中UA5-UA0中“000001”代表什么含義答：06微指令功能是將 DR1寄存器中的內(nèi)容和 DR2寄存器中的內(nèi)容相加，