微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

《計(jì)算機(jī)組成原理》學(xué)院：計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)：班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 實(shí)驗(yàn)日期： 2010.12.14指導(dǎo)老師： \ 成績?cè)u(píng)定： 五邑大學(xué)信息學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)五微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模荷钊胝莆瘴⒊绦蚩刂破鞯墓ぷ髟?，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡單的微程序。二、 預(yù)習(xí)要求：復(fù)習(xí)微程序控制器工作原理；復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)微程序的有關(guān)知識(shí)。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：EL-JY-II型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，連接線若干。四、微程序的設(shè)計(jì)：1.微指令格式設(shè)計(jì)微指令編碼格式的主要原則是使微指令字短、能表示可并行操作的微命令多、微程序編寫方便。微指令的最基本成份是控制場，其次是下地址場?？刂茍龇从沉丝梢酝瑫r(shí)執(zhí)行的微操作，下地址場指明下一條要執(zhí)行的微指令在控存的地址。微指令的編碼格式通常指控制場的編碼格式，以下幾種編碼格式較普遍。1）最短編碼格式這是最簡單的垂直編碼格式，其特點(diǎn)是每條微指令只定義一個(gè)微操作命令。采用此格式的微指令字短、容易編寫、規(guī)整直觀，但微程序長度長，訪問控存取微指令次數(shù)增多從而使指令執(zhí)行速度慢。2） 全水平編碼格式這種格式又稱直接編碼法，其特點(diǎn)是控制場每一位直接表示一種微操作命令。若控制場長n位，則至多可表示n個(gè)不同的微操作命令。采用此格式的微指令字長，但可實(shí)現(xiàn)多個(gè)允許的微操作并行執(zhí)行，微程序長度短，指令執(zhí)行速度快。3） 分段編碼格式是將控制場分成幾段。若某段長i位，則經(jīng)譯碼，該段可表示2i個(gè)互斥的即不能同時(shí)有效的微操作命令。采用這種格式的微指令長度較短，而可表示的微操作命令較多，但需譯碼器。2.微程序順序控制方式的設(shè)計(jì)微程序順序控制方式指在一條指令對(duì)應(yīng)的微程序執(zhí)行過程中，下一條微指令地址的確定方法，又叫后繼地址生成方式。下面是常見的兩種。1）計(jì)數(shù)增量方式這種方式的特點(diǎn)是微程序控制部件中的微地址中的微地址產(chǎn)生線路主要是微地址計(jì)數(shù)器MPC。MPC的初值由微程序首址形成線路根據(jù)指令操作碼編碼形成。在微程序執(zhí)行過程中該計(jì)數(shù)器增量計(jì)數(shù)，產(chǎn)生下一條微指令地址。這使得微指令格式中可以不設(shè)置“下地址場”縮短了微指令長度，也使微程序控制部件結(jié)構(gòu)較簡單。但微程序必須存放在控存若干連續(xù)單元中。2)斷定方式微指令中設(shè)有“下地址場”，它指出下條微指令的地址，這使一條指令的微程序中的微指令在控存中不一定要連續(xù)存放。在微程序執(zhí)行過程中，微程序控制部件中的微地址形成電路直接接受微指令下地址場信息來產(chǎn)生下條微指令地址，微程序的首址也由此微地址形成電路根據(jù)指令操作碼產(chǎn)生。本系統(tǒng)的微指令格式微程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一是處理好每條微指令的下地址，以保證程序正確高效地進(jìn)行。本系統(tǒng)采用分段編碼的指令格式，采用斷定方式確定下一條微指令的地址。微操作控制信號(hào)控制場下地址場微指令寄存器MIR微指令控存CM"微地址狀態(tài)條件—微地址形成電路tL 指令操作碼圖5-2斷定方式微程序控制部件示意圖其中“微地址形成電路”對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)四的圖4-1(b)；"控存CM”對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)四的圖4-1(a)；“微指令寄存器及控制、地址場”對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)四的圖4-1(c)。每條微指令由24位組成，其控制位順序如下:24:2322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0微指令譯碼電路如下::3-,A-Ai二J<>I二,：!：<>74LS138-n：qE3目[3冥RR艮昌m微指令譯碼電路如下::3-,A-Ai二J<>I二,：!：<>74LS138-n：qE3目[3冥RR艮昌m告M74LS13SPAJ W目目呂WR艮芬口莒g74L-S13E日PA。 舀目臼~|O4—J—|y.r：ctrir<i寸‘門pr--O'O-O'OOO'O-O'tr-i寸■-■-1'or--OOOO'O'OOO'i匕riMn-ito寸ot-otF-i-FHot"-74LS273whtrir<i十‘門 i—i|_]口白舟口口戶口日u-o74LJ3273tri寸‘門gr--s|_]t74LU175S22S二，T-|十o—*—I—I—Ir-i5ritsi6-rits9■d-Ki<1二1—1yTIitS^4-IitS17T2"j-JO2j*—i■—iY—i—*-■H'——-4-CLR圖5—3微指令譯碼電路圖中MS24—MS16對(duì)應(yīng)于微指令的第24—16位，S3S2S1S0MCn為運(yùn)算器的方式控制，詳見實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二；WE為外部器件的讀寫信號(hào)，‘1’表示寫，‘0’表示讀；1A、1B用于選通外部器件，通常接至底板IO控制電路的1A1B端，四個(gè)輸出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片選端。（注：再實(shí)驗(yàn)六及以后的實(shí)驗(yàn)中，Y3被系統(tǒng)占用，用于輸入中斷，Y0Y1Y2仍能被用戶使用）圖5—3中MS15—MS13對(duì)應(yīng)于微指令中的F1，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個(gè)輸出信號(hào)：LRi、LDR1、LDR2、LDIR、LOAD、LAR。其中LDR1、LDR2為運(yùn)算器的兩個(gè)鎖存控制（見實(shí)驗(yàn)一）；LDIR為指令寄存器的鎖存控制（見系統(tǒng)介紹中指令寄存器電路）；LRi為寄存器堆的寫控制，它與指令寄存器的第0位和第1位共同決定對(duì)哪個(gè)寄存器進(jìn)行寫操作（見系統(tǒng)介紹中寄存器堆電路和圖5-4）；LOAD為程序計(jì)數(shù)器的置數(shù)控制，LAR為地址寄存器的鎖存控制（見系統(tǒng)介紹中程序計(jì)數(shù)器和地址寄存器電路）。以上6個(gè)輸出信號(hào)均為‘1’有效。圖5—3中MS12—MS10對(duì)應(yīng)于微指令中的F2，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個(gè)輸出信號(hào)：RAG、RBG、RCG、299-G、ALU-G、PC-G。其中RAG、RBG、RCG分別為寄存器Ax、Bx、Cx的輸出控制（見系統(tǒng)介紹中寄存器堆電路）；299-G為移位寄存器的輸出控制（見實(shí)驗(yàn)二）；ALU-G為運(yùn)算器的輸出控制（見實(shí)驗(yàn)一）；PC-G為程序計(jì)數(shù)器的輸出控制（見系統(tǒng)介紹中程序計(jì)數(shù)器和地址寄存器電路）。以上

信號(hào)均為‘0’有效。圖5—3中MS9—MS9對(duì)應(yīng)于微指令中的F3,經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個(gè)輸出信號(hào)：P1、P2、P3、P4、AR、LPC。其中P1、P2、P3、P4位測試字，其功能是對(duì)機(jī)器指令進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支和循環(huán)運(yùn)行（見實(shí)驗(yàn)4的圖4-1（b）和圖5-4）；AR為運(yùn)算器的進(jìn)位輸出控制（見實(shí)驗(yàn)一）；LPC為程序計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘控制（見系統(tǒng)介紹中程序計(jì)數(shù)器電路）。以上信號(hào)均為‘1’有效。Z：＜DECODED.J3cS-I■linnH.1Y11N81■|1ZN般TONZ：＜DECODED.J3cS-I■linnH.1Y11N81■|1ZN般TONTZIHU1NV21N02NVZ2NmNi W泠DEC帥ER圖5-4指令譯碼器電路微指令中的uA5-uA0為6位的后續(xù)微地址（見實(shí)驗(yàn)4的微地址形成電路圖4-1（b））。表5-1 F1、F2、F3三個(gè)字段的編碼方案F1字段F2字段F3字段151413選擇121110選擇987選擇000LDRi000RAG000P1001LOAD001ALU-G001AR010LDR2010RCG010P3011自定義011自定義011自定義100LDR1100RBG100P2101LAR101PC-G101LPC110LDIR110299-G110P4111無操作111無操作111無操作五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：編寫幾條可以連續(xù)運(yùn)行的微代碼，熟悉本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的微代碼設(shè)計(jì)方式。表5-2為幾條簡單的可以連續(xù)運(yùn)行的二進(jìn)制微代碼表：注意UA5 UA0的編碼規(guī)律，觀察后續(xù)地址。表5-2實(shí)驗(yàn)五微代碼表微地址（二進(jìn)制）S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5...UA0000000000000000000000000000001000001000000000000000000000010000010000000000000000000000011000011000000010101111111000100000100000000010010111111001000001000000000000000111000001001001001000000011101101101010000010000000000011101101101010101010101000001101111001111011000011000111111110111001111011001011001000000010111111000000000以下舉例說明微代碼的含義：1、 微地址“000011”：讀Y1設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)打入地址寄存器。然后跳轉(zhuǎn)至微地址“000100”。2、 微地址“000100”：讀Y1設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)打入運(yùn)算暫存器2,然后跳轉(zhuǎn)至微地址“001000”。3、微地址“011000”：運(yùn)算暫存器1數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)總線，將該數(shù)據(jù)寫入Y1設(shè)備，然后跳轉(zhuǎn)至微地址“011001”。4、微地址“011001”：讀Y1設(shè)備上的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行P1測試。由于未對(duì)指令寄存器操作，I7-I0均為0，強(qiáng)制置位無效，仍跳轉(zhuǎn)至后續(xù)微地址“000000”。六、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 單片機(jī)鍵盤操作方式實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行單片機(jī)鍵盤控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須把K4開關(guān)置于“OFF”狀態(tài)，否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài)，無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.實(shí)驗(yàn)連線：實(shí)驗(yàn)連線圖如圖5-5所示。連線時(shí)應(yīng)按如下方法：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。微控罪接口IuaqI圖5—5實(shí)驗(yàn)五鍵盤實(shí)驗(yàn)連線圖寫微代碼：將開關(guān)K1K2K3K4撥到寫狀態(tài)即K1off、K2on、K3off、K4off,其中K1、K2、K3在微程序控制電路，K4在24位微代碼輸入及顯示電路上。在監(jiān)控指示燈滾動(dòng)顯示【CLASSSELECt】狀態(tài)下按【實(shí)驗(yàn)選擇】鍵，顯示【ES--__】輸入05或5,按【確認(rèn)】鍵，顯示為【ES05】，再按下【確認(rèn)】鍵。監(jiān)控顯示為【CtL1=_】，表示對(duì)微代碼進(jìn)行操作。輸入1顯示【CtL1_1】，表示寫微代碼，按【確認(rèn)】。監(jiān)控顯示【U-Addr】，此時(shí)輸入【000000】6位二進(jìn)制數(shù)表示的微地址，然后按【確認(rèn)】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【U_CodE】，這時(shí)輸入微代碼【000001】，該微代碼是用6位十六進(jìn)制數(shù)來表示前面的24位二進(jìn)制數(shù)，注意輸入微代碼的順序，先右后左，此過程中可按【取消】鍵來取消上一次輸入，重新輸入。按【確認(rèn)】鍵則顯示PULSE】，按【單步】完成一條微代碼的輸入，重新顯示U-Addr】提示輸入表5-3第二條微代碼地址。按照上面的方法輸入表5-3微代碼，觀察微代碼與微地址顯示燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系(注意輸入微代碼的順序是由右至左)。表5—3實(shí)驗(yàn)五微代碼表微地址(二進(jìn)制)微代碼(十六進(jìn)制)000000000001000001000002000010000003000011015FC4000100012FC8001000018E09001001005B50010000005B5501010106F3D8011000FF73D9011001017E00讀微代碼：（1） 先將開關(guān)K1K2K3K4撥到讀狀態(tài)即K1off、K2off、K3on、K4?！辍臧础綬ESET】按鈕對(duì)單片機(jī)復(fù)位，使監(jiān)控指示燈滾動(dòng)顯示【CLASSSELECt】狀態(tài)。（2）按【實(shí)驗(yàn)選擇】鍵，顯示【ES--__】輸入05或5,按【確認(rèn)】鍵，顯示【ES05】。按【確認(rèn)】鍵。（3）監(jiān)控顯示【CtL1=_】時(shí)，輸入2,按【確認(rèn)】顯示【U_Addr】，此時(shí)輸入6位二進(jìn)制微地址，進(jìn)入讀微代碼狀態(tài)。再按【確認(rèn)】顯示【PULSE]，此時(shí)按【單步】鍵，監(jiān)控顯示【U_Addr】，微地址指示燈顯示輸入的微地址，微代碼顯示電路上顯示該地址對(duì)應(yīng)的微代碼，至此完成一條微指令的讀過程。對(duì)照表5-3表檢查微代碼是否有錯(cuò)誤，如有錯(cuò)誤，可按步驟2寫微代碼重新輸入這條微代碼。微代碼的運(yùn)行：（1） 先將開關(guān)K1K2K3K4撥到運(yùn)行狀態(tài)即K1on、K2off、K3on、K4。￡￡按【RESET】按鈕對(duì)單片機(jī)復(fù)位，使監(jiān)控指示燈滾動(dòng)顯示【CLASSSELECt】狀態(tài)。（2）按【實(shí)驗(yàn)選擇】鍵，顯示【ES--__】輸入05或5,按【確認(rèn)】鍵，顯示【ES05】。按【確認(rèn)】鍵。（3） 監(jiān)控指示燈顯示【CtL1=_】，輸入3,顯示【CtL1_3】，表示進(jìn)入運(yùn)行微代碼狀態(tài)，撥動(dòng)CLR清零開關(guān)（在控制開關(guān)電路上，注意對(duì)應(yīng)的JUI應(yīng)短接）對(duì)程序計(jì)數(shù)器清零，清零結(jié)果是地址指示燈（A7-A0）和微地址顯示燈（uA5—uA0）全滅，清零步驟是使其電平高一低一高即CLR指示燈狀態(tài)為亮一滅一亮，使程序入口地址為000000。1） 、單步運(yùn)行在監(jiān)控指示燈顯示【CtL1_3】狀態(tài)下，確認(rèn)清零后，按【確認(rèn)】鍵，監(jiān)控指示燈滾動(dòng)顯示【RunCodE],此時(shí)可按【單步】鍵單步運(yùn)行微代碼，觀察微地址顯示燈，顯示“000001”，再按【單步】，顯示為“000010”，連續(xù)按【單步】，則可單步運(yùn)行微代碼，注意觀察微地址顯示燈和微代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2） 、全速運(yùn)行在控指示燈滾動(dòng)顯示【RunCodE】狀態(tài)下，按【全速】鍵，開始自動(dòng)運(yùn)行微代碼，微地址顯示燈顯示從“000000”開始，到“000001”、“000010”、“000011”、“000100”、“001000”、“001001”、“010000”、“010101”、“011000”、“011001”再到“000000”，循環(huán)顯示。II、開關(guān)控制操作方式實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)中所有控制開關(guān)撥動(dòng)，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮。連線時(shí)應(yīng)注意：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。1.按圖5-6接線圖接線:微控器接口TTAJ]|圖5—巳實(shí)驗(yàn)五開關(guān)安驗(yàn)招線圖2.實(shí)驗(yàn)步驟：1）寫微代碼（以寫表5-3的微代碼為例）：首先將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到寫入狀態(tài)，即K1off、K2on、K3off，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到on狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5......UA0=“000000”，輸入微地址“000000”，置24位微代碼開關(guān)MS24---MS1為：“000000000000000000000001”，輸入24位二進(jìn)制微代碼，按【單步】，紅色微地址燈顯示“000000”，寫入微代