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1、信 息 学 院实 验 报 告学号： 姓名： 班级：课程名称：计算机组成原理 实验名称：微程序控制器的组成与微程序设计实验实验性质： 综合性实验 设计性实验 验证性实验实验时间： 实验地点：一、实验目的1、掌握微程序控制器的组成原理；2、掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行；3、为整机实验打好基础。二、实验内容编制微程序并观察其运行过程。三、实验仪器1、ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验系统 一台2、排线 若干四、实验原理实验所用的时序电路原理可以参考时序实验。由于时序电路的内部线路已经连好（时序电路的 CLR 已接到实验板中下方的 CLR 清零开关上） ，所以只需将时序电路与
2、方波信号源连接即可。1、微程序控制电路微程序控制器的组成见图 1-13。其中控制存储器采用 3 片 2816 E2PR0M，具有掉电保护功能。微命令寄存器 18 位，用两片 8D 触发器（74LS273）和一片 4D（74LS175）触发器组成。微地址寄存器 6 位，用三片上升沿触发的双 D 触发器（74LS74）组成，它们带有清“0”端和置“1”端。在不进行判别测试的情况下，T2 时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当 T4 时刻进行判别测试时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器设置为“1”状态，完成地址修改。在该实验电路中，在 CONTROL UNIT 有一个
3、编程开关 SP06，它具有三种状态：WRITE（编程） 、READ（校验） 、RUN（运行） 。当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器 2816 中。当处于“校验状态”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门 74LS245，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。2、微指令格式微指令字长 24 位，其控制位顺序如下：表 1-4 微指令结构图微 程序 24
4、 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1控制信 号 S3 S2 S1 S0 M CN RD M17 M16 A B P uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0A 字段 B 字段 P 字段15 14 13 控制信号 12 11 10 控制信号 9 8 7 控制信号M17 M16 控制信号0 0 Y00 1 Y11 0 Y21 1 Y3五、实验步骤及结果1、图 1-15 为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到表 1-5 的二进制代码表。表 1-5 微程序时序控制实验
5、二进制代码表微地址S3 S2 S1 S0 M CN RD M17 M16 A B P uA5 uA4 uA3 uA2 uA1uA0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 00 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 00 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 00 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0
6、0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 10 5 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 00 6 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 11 2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
7、1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 11 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 01 4 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 01 5 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 11 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 12 0 0 0 0 0 0 0 0
8、1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 02 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 02 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 12 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 02 5 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0
9、0 0 00 1 LDRI 0 0 1 RS_G 0 0 1 P10 1 0 LDDR1 0 1 0 RD_G 0 1 0 P20 1 1 LDDR2 0 1 1 RI_G 0 1 1 P31 0 0 LDIR 1 0 0 299_G 1 0 0 P41 0 1 LOAD 1 0 1 ALU_G 1 0 1 AR1 1 0 LDAR 1 1 0 PC_G 1 1 0 LDPC2 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 12 7 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 03 0 0 0 0
10、 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1其中 uA5 一 uA0 为 6 位的后续微地址，A、B、P 为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。 P 字段中的 Pl 一 P4 是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。AR 为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。B 字段中的 RS_G、RD_G、RI_G 分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器 R0、R1 及 R2 的选通译码。74LS2
11、7374LS27374LS24574LS24574LS24574LS245 74LS37474LS17574LS138 74LS138 74LS13828C1628C1628C16123456SE6SE1G G G T1MK1MK8MK9MK16MK17MK24LDRIL1LDR2ILOADRM24 M167189M20123(A) (B) (P) 74LS74 74LS74WEC CEW CEWOE OE OLM24 LM16LM17 LM9LM8 LM1contrl and mcs51CLRT2CLR CLR CLRCRCRCLK CLK CLKMS5MS0MA0MA5 CLKOEmicr
12、o adresm_dat m_dat m_datadr led1adr led6(1) (6)12 38GMD24 MD17 MD8 MD1MD16 MD9S_GRDI_G29ALU_PCGINTP(1)2P(3)4ARLDPC图 1-13 微控制器实验原理图 2、按图 1-14 连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。 （图中箭头表示需要接线的地方，接控制信号时要注意各信号一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分） 。MICROMS54MS32MS10 UA54UA32UA10SWITCHSIGNAL CKCLOKT1T2TS2TS1图 1-14 微控制器时序控制实验接线图3、观察微程序控制器的工
13、作原理：（1）编程A、将 CONTROL UNIT 的编程开关 SP06 设置为 WRITE（编程）状态。B、将实验板上“SIGNAL UNIT”中的“SP03”设置为“STEP” ， “SP04”设置为“RUN”状态。SWITCH UNIT的开关 CLR 置为高电平。C、用 SWITCH UNIT 的二进制模拟开关设置微地址 UA5UA0。D、在 MICRO CONTROL 单元的开关 SM24SM01 上设置微代码，24 位开关对应 24 位显示灯，开关量为“1”时灯亮，开关量为“0”时灯灭。E、启动时序电路（按动 CONTROL UNIT 的“START” 触动开关） ，即将微代码写入到
14、 E2PR0M 28C16 的相应地址对应的单元中。F、重复 CE 步骤，将表 1-5 的微代码写入 28C16。（2）校验A、将 CONTROL UNIT 的编程开关 SP06 设置为 READ（校验）状态。B、将实验板“SIGNAL UNIT”中的“SP03”开关设置为“STEP”状态， “SP04”开关设置为“RUN”状态。C、用 SWITCH UNIT 的二进制开关设置要检验的微地址 UA5UA0。D、按动 CONTROL UNIT 的“START” 触动开关，启动时序电路，读出微代码，观察 MICRO CONTROL 单元的显示灯 LM24LM01 的状态（灯亮为“1” ，灭为“0”
15、 ） ，检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于“WRITE”编程状态，重新执行（1）即可。PC AR+1运 行 0P4PC AR+1PC AR+1SW BUS DR11 AMRM BUSBS DR11 LE01022430 20227 23WITE(01) ED()RUN(1)20(SWBAP1RM BUSS IR020PC AR+1PC AR+1DR1 LEDPC AR+1R0 BUSBS AM SS RPC AR+1SW R0 RM BUSS PCA BUSBS 1 SSDR1+200 1RAM BUSBS DR2 SSINDSTOUTJM012071525763 426
16、60504031110101图 1-15 微程序流程图（3）单步运行A、将 CONTROL UNIT 的编程开关 SP06 置于“RUN（运行） ”状态。B、将实验板“SIGNAL UNIT”中的“SP03”开关设置为“STEP”状态， “SP04”开关设置为“RUN”状态。C、操作 SWITCH UNIT 的 CLR 开关，使 CLR 信号状态依次为 101，将微地址寄存器 74LS74（1）74LS74（3）清零，从而明确本机的运行入口微地址为 000000（二进制） 。D、按动 CONTROL UNIT 的“START”触动开关，启动时序电路，则每按动一次“START”键，读出一条微指令后停机，此时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条指令。注：在当前条件下，将“MICRO CONTROL”单元的 SE6SE1 接至“SWI
