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1、学 海 无 涯 1 计算机科学与技术系 实 验 报 告 专业名称 计算机科学与技术 课程名称 计算机组成与结构 项目名称 微程序控制器实验 班 级 学 号 姓 名 同组人员 无 实验日期 2015-11-11 一、实验目的一、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、观察微程序的运行情况。 二、实验逻辑原理图与分析二、实验逻辑原理图与分析 2.1 实验逻辑原理图及分析 微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行， 即将当前指令的功 能转换成可以控制硬件逻辑部件工作的微命令序列， 以完成数据传输和各种处理 操作。 它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合
2、进行编码，即将微命 令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微指令。这 样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。微 程序存储在一种专用的存储器中，该存储器称为控制存储器，如图所示： 学 海 无 涯 2 微程序控制器组成原理框图 控制器是严格按照系统时序来工作的， 因而时序控制对于控制器的设计是非 常重要的，从前面的实验可以很清楚地了解时序电路的工作原理。本实验所用的 时序单元来提供，分为四拍 TS1、TS2、TS3、TS4。 在微程序控制器的组成中，控制器采用 3 片 2816 的 E2PROM，具有掉电保 护功能，微命令寄存器 18 位，用两片
3、 8D 触发器（273）和一片 4D（175）触发 器组成。为地址寄存器 6 位，用三篇正沿触发的双 D 触发器（74）组成，他们带 有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2 时刻打入微地址寄存器的内 容即为吓一条微指令地址。当 T4 时刻惊醒测试判别式，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置为“1”状态，完成地址修改。 学 海 无 涯 3 三、三、 数据通路图及分析数据通路图及分析 (画出数据通路图并作出分析) 本实验安排了四条机器指令，分别为 ADD（00000000） 、IN（00100000） 、 OUT（00110000）和 HLT（01010000） ，括
4、号中为各指令的二进制代码，指令格 式如下： 助记符 机器指令码 说明 IN 0010 0000 IN-RO ADD 0000 0000 RO+RO-RO OUT 0011 0000 RO-OUT HLT 0101 0000 停机 试验中机器指令由 CON 单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号 均由微程序控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，如下图所示： 数据通路图 几条机器指令对应的参考微程序流程图如下图所示。 图中一个矩形方框表示 一条微指令，方框中的内容为噶指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的 为地址，右下角的数字是该条指令的后续微地址，所有为地址均用 16 进制表
5、示。 向下的箭头之处了下一条要执行的指令。P为测试字，根据条件使微程序产 生分支。 微程序流程图 学 海 无 涯 4 将全部微程序按微指令格式变为二进制代码，可得到表中的二进制代码表： 地址 十六进制 高五位 S3S0 A字段 B 字段 C字段 MA5-MA0 00 00 00 01 00000 0000 000 000 000 000001 01 00 70 70 00000 0000 111 000 001 110000 04 00 24 05 00000 0000 010 010 000 000101 05 04 B2 01 00000 1001 011 001 000 000001 3
6、0 00 14 04 00000 0000 001 010 000 000100 32 18 30 01 00000 0000 011 000 000 000001 33 28 04 01 00000 0000 000 010 000 000001 35 00 00 35 00000 0000 000 000 000 110101 四、实验数据和结果分析四、实验数据和结果分析 4.1 实验结果数据和结果数据分析如图所示 当前为指令的地址是 00，下一条微指令地址是 01 当前指令地址是 01H，数据是 007070H，通过数据的后 6 位知道下条指令地址 为 30，此条指令表示为 CON-IR
7、 中，写入机器指令码 学 海 无 涯 5 写入机器指令码到 IR 中，机器指令码为 00100000，实现 IN-R0。当前指令 地址是 32H,下一地址是 01H，实现了 IN-R0 微指令实现 R0-A，因为这条微指令已经实现，所以图中的当前指令地址为 上一条指令的下一条地址，上一条微指令地址 30H，当前微指令地址为 04H 微指令实现 R0-B，因为这条微指令已经实现，所以图中的当前指令地址为 上一条指令的下一条地址，上一条微指令地址 04H，当前微指令地址为 05H 学 海 无 涯 6 微指令实现 A+B-R0，因为这条微指令已经实现，所以图中的当前指令地址为上 一条指令的下一条地址
8、，上一条微指令地址 05H，当前微指令地址为 01H 机器指令码为 30H，R0-OUT,所以要跳到地址为 30H 微指令实现 R0-OUT，因为这条微指令已经实现，所以图中的当前指令地 址为上一条指令的下一条地址，上一条微指令地址 33H，当前微指令地址为 01H 注：如果需要停机就输入 01010000 机器指令码 学 海 无 涯 7 五、实验问题分析、思考题与小结五、实验问题分析、思考题与小结 5.1 实验问题分析 实验要完整无错误的进行，首先要确保实验接线图连线的正确性才能确保 在进行实验时数据通路流向以及数据的的正确性，这样才能到达实验的目的；在 进行实验过程中需要理解每一步骤的原因
9、，也加强自己的理解性和掌握程度；实 验前要理解实验原理,以便于提高实验效果速率。 5.2 思考题 当前微指令的微地址是多少？ 答： 当前微指令的下地址是多少？ 答： 当前微指令有几个微命令有效？ 答： 当前微指令实现了什么数据通路？ 答： 当前微指令实现了什么功能？ 答 当前微指令是哪条机器指令的微程序？ 答： 当前微指令是哪条机器指令的微程序，该机器指令有几条微指令？ 答： 5.3 小结 本次实验是微程序控制器，刚开始可能是真的不懂该实验要干什么， 对一些 知识点很陌生，完全不知道怎么下手，后来通过老师和同学的帮助，慢慢知道了 实验的目的。 难怪别人都说计算机组成原理不懂的通过做实验也就明白
10、了。 当然， 在学习实验之前，预习是一定要的，这样更能掌握实验的主要部分，以及操作流 程，也能让自己很快的上手，达到老师布置给我们的任务。还有一次实验就要结 束了，希望自己能够做到更好。 学 海 无 涯 8 得分（百分制） 实验报告分析评实验报告分析评价价 课程名称课程名称 计算机组成与结构计算机组成与结构 班班 级级 实验名称实验名称 微程序控制器微程序控制器实验实验 时时 间间 20152015- -1 11 1- -1111 实验报告情况分析： 实验报告分为五大部分：实验目的；实验逻辑原理图与分析；数据通路图及分析； 实验数据和结果分析；实验问题分析、思考题与小结。其主要核心部分在第四节
11、：实验数 据和结果分析，包含了实验的操作流程及数据的结果分析。当然，其他部分也介绍了实验 目的，原理及实验步骤，并且加了一些原理图使其更好地理解。 在实验报告最后还添加了实验问题分析、思考题与小结部分，介绍了在实验过程中 自己遇到的问题及注意事项；思考题则是考察自己对本实验的掌握情况等问题。 经验总结及进一步改进措施： 本次实验是微程序控制器，刚开始可能是真的不懂该实验要干什么，对一些知识点 很陌生，完全不知道怎么下手，后来通过老师和同学的帮助，慢慢知道了实验的目的。难 怪别人都说计算机组成原理不懂的通过做实验也就明白了。当然，在学习实验之前，预习 是一定要的，这样更能掌握实验的主要部分，以及操作流程，也能让自己很快的上手，达 到老师布置给我们的任务。还有一次实验就要结束了，希望自己能够做到更好。
