計算機(jī)組成原理實驗指導(dǎo)書(周以蓮)_第1頁
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文檔簡介

1、安徽工業(yè)大學(xué)計算機(jī)組成原理實驗指導(dǎo)書目錄目錄1實驗一 寄存器實驗2實驗內(nèi)容1:A,W寄存器實驗2實驗內(nèi)容2:R0,R1,R2,R3寄存器實驗4實驗內(nèi)容3:MAR地址寄存器,ST堆棧寄存器,OUT輸出寄存器實驗7實驗二 運(yùn)算器實驗9實驗三 數(shù)據(jù)輸出和移位實驗11實驗四 存儲器EM實驗15實驗內(nèi)容1: PC/MAR輸出地址選擇15實驗內(nèi)容2:存儲器EM寫實驗16實驗內(nèi)容3:存儲器EM讀實驗17實驗五 微程序存儲器uM實驗18實驗內(nèi)容1:使用試驗儀小鍵盤輸入uM18實驗內(nèi)容2:微程序存儲器uM讀出19實驗一 寄存器實驗實驗要求: 利用CPTH實驗儀上的K16K23開關(guān)作為DBUS的數(shù)據(jù),其他開關(guān)作為

2、控制信號,講數(shù)據(jù)寫入寄存器,這些寄存器包括累加器A,工作寄存器,數(shù)據(jù)寄存器組R0R3,地址寄存器MAR,地址寄存器ST,輸出寄存器OUT。實驗?zāi)康模毫私饽P蜋C(jī)各種寄存器結(jié)構(gòu),工作原理及其控制方法。實驗電路:實驗內(nèi)容1:A,W寄存器實驗實驗步驟:(1)照下表連接線路連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明1J1座J3座將K23K16接入DBUS【70】實驗?zāi)J剑菏謩?AENK3選通A低電平有效3WENK4選通W低電平有效4CK已連ALU工作脈沖上升沿打入(2)系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定:K23K16開關(guān)置零,按RST鈕,按TV/ME鍵三次,進(jìn)入手動狀態(tài)(液晶屏幕上有“Hand”顯示)。注意:后面的實驗中實驗?zāi)J?/p>

3、為手動的操作方法不再詳述,如此相同。(3)將55H寫入A寄存器 二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)55HK23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號為:K4(WEN)K3(AEN)10按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫入A寄存器。(4)將66H寫入W寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)66HK23K22K21K20K19K18K17K1601100110置控制信號為:K4(WEN)K3(AEN)0

4、1按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器W的黃色選擇指示燈亮,表明選擇W寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)66H被寫入W寄存器。請仔細(xì)觀察實驗結(jié)果,并回答以下問題:1. 數(shù)據(jù)是何時打入的?是按下STEP鍵還是放開STEP鍵后?2. WEN,AEN為高時,CK有上升沿,寄存器數(shù)據(jù)會不會改變?實驗內(nèi)容2:R0,R1,R2,R3寄存器實驗實驗步驟:(1)照下表連接線路連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明1J1座J3座將K23K16接入DBUS【70】實驗?zāi)J剑菏謩?RRDK11寄存器組讀使能低電平有效3RWRK10寄存器組寫使能低電平有效4CK已連寄存器工作脈沖上升沿打入5SB

5、K1寄存器選擇B6SAK0寄存器選擇A7D7D0L7L0觀察寄存器數(shù)據(jù)輸出(2)系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定:K23K16開關(guān)置零,按RST鈕,按TV/ME鍵三次,進(jìn)入手動狀態(tài)(液晶屏幕上有“Hand”顯示)。(3)向各個寄存器中寫入數(shù)據(jù)將11H寫入R0寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)11HK23K22K21K20K19K18K17K1600010001置控制信號為:K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1000按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R0的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R0寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)

6、據(jù)11H被寫入R0寄存器。將22H寫入R1寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)22HK23K22K21K20K19K18K17K1600100010置控制信號為:K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1001按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R1的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R1寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)11H被寫入R1寄存器。將33H寫入R2寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)33HK23K22K21K20K19K18K17K1600110011置控制信號為:K11(RR

7、D)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1010按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R2的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R2寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)11H被寫入R2寄存器。將44H寫入R3寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)11HK23K22K21K20K19K18K17K1601000100置控制信號為:K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1011按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R3的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R3寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)44H被寫入R3

8、寄存器。請仔細(xì)觀察實驗結(jié)果,并回答以下問題:SB,SA用于寄存器的選擇,請根據(jù)實驗觀察結(jié)果,填寫下表:SBSA選擇R0R3中哪個寄存器00011011(4)讀出寄存器中的數(shù)據(jù)讀R0寄存器置控制信號為:K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)0100這時寄存器R0的紅色輸出指示燈亮,R0寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈L7L0為R0寄存器的內(nèi)容,記錄下該數(shù)據(jù)并與輸入的數(shù)據(jù)比較是否一致?將K11(RRD)置為1,關(guān)閉R0寄存器輸出。讀R1寄存器置控制信號為:K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)0101這時寄存器R1的紅色輸出指示燈亮,R1寄存器的數(shù)據(jù)

9、送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈L7L0為R1寄存器的內(nèi)容,記錄下該數(shù)據(jù)并與輸入的數(shù)據(jù)比較是否一致?將K11(RRD)置為1,關(guān)閉R1寄存器輸出。讀R2寄存器置控制信號為:K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)0110這時寄存器R2的紅色輸出指示燈亮,R2寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈L7L0為R2寄存器的內(nèi)容,記錄下該數(shù)據(jù)并與輸入的數(shù)據(jù)比較是否一致?將K11(RRD)置為1,關(guān)閉R2寄存器輸出。讀R3寄存器置控制信號為:K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)0111這時寄存器R3的紅色輸出指示燈亮,R3寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指

10、示燈L7L0為R3寄存器的內(nèi)容,記錄下該數(shù)據(jù)并與輸入的數(shù)據(jù)比較是否一致?將K11(RRD)置為1,關(guān)閉R3寄存器輸出。實驗內(nèi)容3:MAR地址寄存器,ST堆棧寄存器,OUT輸出寄存器實驗實驗步驟:(1)照下表連接線路連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明1J2座J3座將K23K16接入DBUS【70】實驗?zāi)J剑菏謩?MAROEK14MAR地址輸出使能低電平有效3MARENK15MAR寄存器寫使能低電平有效4CK已連寄存器工作脈沖上升沿打入5STENK12ST寄存器寫使能低電平有效6OUTENK13OUT寄存器寫使能低電平有效(2)系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定:K23K16開關(guān)置零,按RST鈕,按TV/ME鍵三次

11、,進(jìn)入手動狀態(tài)(液晶屏幕上有“Hand”顯示)。將12H寫入MAR寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)12HK23K22K21K20K19K18K17K1600010010置控制信號為:K15(MAREN)K14(MAROE)K13(OUTEN)K12(STEN)0011按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器MAR的黃色選擇指示燈亮,表明選擇MAR寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)12H被寫入MAR寄存器。將34H寫入ST寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)34HK23K22K21K20K19K18K

12、17K1600110100置控制信號為:K15(MAREN)K14(MAROE)K13(OUTEN)K12(STEN)1110按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器ST的黃色選擇指示燈亮,表明選擇ST寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)34H被寫入ST寄存器。將56H寫入OUT寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)56HK23K22K21K20K19K18K17K1601010110置控制信號為:K15(MAREN)K14(MAROE)K13(OUTEN)K12(STEN)1101按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器OUT的黃色

13、選擇指示燈亮,表明選擇OUT寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)56H被寫入OUT寄存器。實驗二 運(yùn)算器實驗實驗要求:利用CPTH實驗儀的K16K23開關(guān)作為DBUS數(shù)據(jù),其它開關(guān)作為控制信號,將數(shù)據(jù)寫入累加器A和工作寄存器W,利用開關(guān)控制ALU的運(yùn)算方式,實現(xiàn)運(yùn)算器的功能。實驗?zāi)康模毫私饽P蜋C(jī)中算術(shù)、邏輯運(yùn)算單元的控制方法。實驗電路:CPTH中的運(yùn)算器由一片CPLD實現(xiàn),有8中運(yùn)算,通過S2,S1,S0來控制,運(yùn)算數(shù)據(jù)由寄存器A及寄存器W給出,運(yùn)算結(jié)果輸出到直通門D。S2S1S0功能說明000A+W 加001A-W 減010A|W 或011A&W 與100A+W

14、+C 帶進(jìn)位加101A-W-C 帶進(jìn)位減110A A取反111A 輸出A實驗步驟:(1)照下表連接線路連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明1J1座J3座將K23K16接入DBUS【70】實驗?zāi)J剑菏謩?S0K0運(yùn)算器功能選擇3S1K1運(yùn)算器功能選擇4S2K2運(yùn)算器功能選擇5AENK3選通A低電平有效6WENK4選通W低電平有效7CyINK5運(yùn)算器進(jìn)位輸入 8CK已連ALU工作脈沖上升沿打入(2)系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定:K23K16開關(guān)置零,按RST鈕,按TV/ME鍵三次,進(jìn)入手動狀態(tài)(液晶屏幕上有“Hand”顯示)。(3)將55H寫入A寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)

15、據(jù)55HK23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號為:K5(CyIN)K4(WEN)K3(AEN)K2(S2)K1(S1)K0(S0)010000按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫入A寄存器。(4)將33H寫入W寄存器二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)55HK23K22K21K20K19K18K17K1600110011置控制信號為:K5(CyIN)K4(WEN)K3(AEN)K2(S2)K1(S1)K0(S0)001000按

16、住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器W的黃色選擇指示燈亮,表明選擇W寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)33H被寫W寄存器。(5) 按下表設(shè)置控制信號,填寫實驗結(jié)果,并檢驗運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果的正確性。K5(CyIN)K2(S2)K1(S1)K0(S0)結(jié)果(直通門D)注釋X000加運(yùn)算X001減運(yùn)算X010或運(yùn)算X011與運(yùn)算0100帶進(jìn)位加運(yùn)算1100帶進(jìn)位加運(yùn)算0101帶進(jìn)位減運(yùn)算1101帶進(jìn)位減運(yùn)算X110A取反運(yùn)算X111輸出A運(yùn)算注意觀察實驗過程,回答以下問題:運(yùn)算器在加上控制信號及數(shù)據(jù)(A,W)后,結(jié)果什么時候產(chǎn)生?需不需要時鐘?實驗三 數(shù)據(jù)輸出和移位實驗

17、實驗要求:利用CPTH實驗儀的開關(guān)作為控制信號,將指定寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線DBUS上。實驗?zāi)康模?、了解模型機(jī)中多寄存器接數(shù)據(jù)總線的實現(xiàn)原理 2、了解運(yùn)算器中移位功能的實現(xiàn)方法。實驗電路:CPTH中有7個寄存器可以向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù)分別是:外部輸入門,中斷向量,堆棧寄存器,PC寄存器,直通門D,右移門R,左移門L。但在某一特定時刻只能有一個寄存器輸出數(shù)據(jù),由X1,X2,X3決定哪一個寄存器輸出數(shù)據(jù)。實驗步驟:(1)照下表連接線路連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明1J1座J3座將K23K16接入DBUS【70】實驗?zāi)J剑菏謩?X0K5寄存器輸出選擇3X1K6寄存器輸出選擇4X2K7寄存器輸出選擇5

18、AENK3選通A低電平有效6CNK9移位是否帶進(jìn)位0:不帶進(jìn)位 1:帶進(jìn)位7Cy INK8移位進(jìn)位輸入 8S2K2運(yùn)算器功能選擇9S1K1運(yùn)算器功能選擇10S0K0運(yùn)算器功能選擇11CK已連ALU工作脈沖上升沿打入(2)系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定:K23K16開關(guān)置零,按RST鈕,按TV/ME鍵三次,進(jìn)入手動狀態(tài)(液晶屏幕上有“Hand”顯示)。實驗內(nèi)容一:數(shù)據(jù)輸出實驗按照下表設(shè)計控制信號,紅色指示燈亮表示相應(yīng)的寄存器向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù)。請觀察實驗結(jié)果,填寫下表:X2X1X0哪個指示燈為紅色輸出到總線的寄存器000001010011100101110111實驗內(nèi)容二:移位實驗當(dāng)X2X1X0=101

19、時,運(yùn)算器結(jié)果A右移一位通過右通門D送到數(shù)據(jù)總線。右移移位操作具體內(nèi)部連接是:Cy 與CN DBUS7 ALU7DBUS6 ALU6DBUS5 ALU5DBUS4 ALU4DBUS3 ALU3DBUS2 ALU2DBUS1 ALU1DBUS0Cy 與CN DBUS7當(dāng)不帶進(jìn)位移位時(CN=0): 0DBUS7當(dāng)帶進(jìn)位移位時(CN=1): CyDBUS7左移門將運(yùn)算器的結(jié)果A左移一位送總線。當(dāng)X2X1X0=110時運(yùn)算器結(jié)果通過左通門R送到數(shù)據(jù)總線。具體連線時: ALU6DBUS7 ALU5DBUS6 ALU4DBUS5 ALU3DBUS4 ALU2DBUS3 ALU1DBUS2ALU0DBUS

20、1當(dāng)不帶進(jìn)位移位時(CN=0): 0DBUS0當(dāng)帶進(jìn)位移位時(CN=1): CyDBUS0(1)將55H寫入A寄存器K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號為:K3(AEN)K2(S2)K1(S1)K0(S0)0111按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫入A寄存器。(2) S2S1S0=111時運(yùn)算器結(jié)果為寄存器A內(nèi)容。請按下表設(shè)置控制信號,并填寫實驗結(jié)果:CNCy INLDR00011011(3)重復(fù)步驟(1),(2)分別將A的內(nèi)容設(shè)置為00H,11H

21、, 66H, BBH,F(xiàn)FH觀察實驗結(jié)果,并填寫下表:CNCy INLDR0000H0100H1000H1100HCNCy INLDR0011H0111H1011H1111HCNCy INLDR0066H0166H1066H1166HCNCy INLDR00BBH01BBH10BBH11BBHCNCy INLDR00FFH01FFH10FFH11FFH通過實驗過程,請回答如下問題:移位運(yùn)算與輸出門是否打開有沒有關(guān)系?實驗四 存儲器EM實驗實驗要求:利用CPTH實驗儀的K16K23開關(guān)作為DBUS數(shù)據(jù),其它開關(guān)作為控制信號,實現(xiàn)程序存儲器EM的讀寫操作。實驗?zāi)康模毫私饽P蜋C(jī)中程序存儲器EM的工作

22、原理及控制方法。實驗電路:存儲器EM由一片6116RAM構(gòu)成,是用戶存放程序和數(shù)據(jù)的地方。存儲器EM通過一片74HC245與數(shù)據(jù)總線相連。存儲器EM的地址可選擇由PC或MAR提供。存儲器EM的數(shù)據(jù)輸出直接接到指令總線IBUS,指令總線IBUS的數(shù)據(jù)還可以來自一片74HC245。當(dāng)ICOE為0時,這片74HC245輸出中斷指令B8.實驗步驟:(1)照下表連接線路連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明1J2座J3座將K23K16接入DBUS【70】實驗?zāi)J剑菏謩?IRENK6IR,uPC寫允許低電平有效3PCOEK5PC輸出地址低電平有效4MAROEK4MAR輸出地址低電平有效5MARENK3MAR寫允許低

23、電平有效6EMENK2存儲器與數(shù)據(jù)總線相連低電平有效7EMRDK1存儲器讀允許 低電平有效8EMWRK0存儲器寫允許低電平有效9CK已連PC工作脈沖上升沿打入10CK已連MAR工作脈沖上升沿打入11CK已連存儲器寫脈沖上升沿打入12CK已連IR,uPC工作脈沖上升沿打入(2)系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定:K23K16開關(guān)置零,按RST鈕,按TV/ME鍵三次,進(jìn)入手動狀態(tài)(液晶屏幕上有“Hand”顯示)。實驗內(nèi)容1: PC/MAR輸出地址選擇如下表置控制信號,觀察地址輸出指示燈的情況,并填寫下表:K5(PCOE)K4(MAROE)地址總線紅色地址輸出指示燈01PC輸出地址10MAR輸出地址11地址總線

24、浮空00錯誤,PC及MAR同時輸出實驗內(nèi)容2:存儲器EM寫實驗1、向存儲單元EM0中寫入數(shù)據(jù)11H(1) 將地址0寫入MAR二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000000置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01110111按STEP鍵,將地址0寫入MAR(2) 將 數(shù)據(jù)11H寫入EM0二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)00HK23K22K21K20K19K18K17K1600010001置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01101010按STEP鍵,數(shù)據(jù)11H寫入EM01

25、、向存儲單元EM1中寫入數(shù)據(jù)22H(1) 將地址1寫入MAR二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01110111按STEP鍵,將地址1寫入MAR(2) 將 數(shù)據(jù)22H寫入EM1二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)00HK23K22K21K20K19K18K17K1600100010置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01101010按STEP鍵,數(shù)據(jù)22H寫入EM1實驗內(nèi)容3:存儲器EM讀實驗1、讀存儲器EM0單元信息(1)將地址

26、0寫入MAR二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000000置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01110111按STEP鍵,將地址0寫入MAR(2)讀EM0置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01101101EM0被讀出,請記錄下結(jié)果,并比較是否如寫入的數(shù)據(jù)相一致?2、讀存儲器EM1單元信息(1)將地址1寫入MAR二進(jìn)制開關(guān)K23K16用于DBUS【70】的數(shù)據(jù)輸入,設(shè)置數(shù)據(jù)00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01110111按STEP鍵,將地址1寫入MAR(2)讀EM1置控制信號為:K6K5K4K3K2K1K01101101EM1被讀出,請記錄下結(jié)果,并比較是否如寫入的數(shù)據(jù)相一致?實驗五 微程序存儲器uM實驗實驗要求:利用CPTH實驗儀的開關(guān)作為控制信號,實現(xiàn)微程序存儲器uM的輸出功能。實驗?zāi)康模?、了解微程序控制方式模型機(jī)的基本工作原理。2、了解微程序存儲器uM的

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