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1、计算机组成原理实验指导书 - -实验四 微程序控制器的组成与实现实验一、实验目的：1掌握微程序控制器的组成及工作过程；2通过用单步方式执行若干条微指令的实验，理解微程序控制器的工作原理。二、预习要求：1复习微程序控制器工作原理；2预习本电路中所用到的各种芯片的技术资料。三、实验设备：EL-JY-II 型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。四、电路组成：微程序控制器的电路图见图 4-1，其中虚线部分电路由 EP1K10 实现。本电路由一片三态输出 8D 触发器 74LS374、三片 EEPROM2816、一片三态门74LS245 和 EP1K10 集成的逻辑控制电路组成。 28C16、 74
2、LS373、74LS245 芯片的技术资料分别见图 4-2图 4-4。图 4-2（a）28C16 引脚 图 4-2（b） 28C16 引脚说明工作方式 /CE /OE /WE 输入/输出读后 备字 节 写字节擦除写 禁 止写 禁 止输出禁止L L HH L H LL 12V L H L H 数据输出高 阻数据输入高 阻高 阻高 阻高 阻图 4-2（c）28C16 工作方式选择计算机组成原理实验指导书 - -图 4-1 微控制器部分电路图 计算机组成原理实验指导书 - -图 4-3（a）74LS374 引脚 图 4-3（b）74LS374 功能图 4-4（a）74LS245 引脚 图 4-4（b
3、）74LS245 功能五、工作原理：1脉冲源和时序电路：实验所用的脉冲源和时序电路中“脉冲源输出”为时钟信号，f 的频率为500KHz，f/2 的频率为 250KHz，f/4 的频率为 125KHz，f/8 的频率为 62.5KHz，共四种频率的方波信号，可根据实验自行选择一种方波信号的频率。每次实验时，只需将“脉冲源输出”的四个方波信号任选一种接至“信号输入”的“fin” ， 时序电路即可产生 4种相同频率的等间隔的时序信号 T1T4，其关系见图 4-9。电路提供了四个按钮开关，以供对时序信号进行控制。工作时，如按一下“单步” 按钮，机器处于单步运行状态，即此时只发送一个 CPU 周期的时序
4、信号就停机，波形见图 4-9。利用单步运行方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。如按一下“启动”按钮，机器连续运行，时序电路连续产生如图 4-9 的波形。此时，按一下“停止” 按钮，机器停机。计算机组成原理实验指导书 - -图 4-9 按动“单脉冲”按钮， “ T+”和“T- ”输出图 410 的波形：T+ T- 图 410各个实验电路所需的时序信号端均已分别连至“控制总线”的“T1、T2、T3、T4” ，实验时只需将“ 脉冲源及时序电路”模块的“T1、T2、T3、T4” 端与“控制总线”的“T1、 T2、T3、T4” 端相连，即可给电路提供时序信号。2微程序控
5、制器电路：三片 EEPROM2816 构成 24 位控制存储器。虚线部分两片 8D 触发器 74LS273 和一片 4D 触发器 74LS175 构成 18 位微命令寄存器，三片 3 线-8 线译码器 74LS138 对微命令进行译码，三片 2D 触发器 74LS74 构成 6 位微地址寄存器，它们带有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2 时刻打入微地址器的内容即为下一条微指令地址。当 T3 时刻进行测试判别时，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置为“1”状态，完成地址修改。SA5SA0 为微控器电路微地址锁存器的强置端输出。在该电路中有一组开关 K1、K2 、K3
6、、K4（注意：K4 在基板上的“24 位微代码输入及显示电路”中） ，它们可以设为三种状态：写入、读出和运行。当处于“写入”状态时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到 2816 中。当处于“读出”状态时，可以将写入的二进制代码读出，从而可以对写入控存的二进制代码的正确性进行验证。当处于“运行” 状态时，只要给出微程序的入囗微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。六、实验内容：往 EEPROM 里任意写 24 位微代码，并读出验证其正确性。七、实验步骤计算机组成原理实验指导书 - -、单片机键盘操作方式实验在进行单片机键盘控制实验时，必须把 K4 开关置于“OFF ”状态，否则
7、系统处于自锁状态，无法进行实验。1. 实验连线：实验连线图如图 411 所示。连线时应按如下方法：对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。图 411 实验四键盘实验接线图2. 写微代码：将开关 K1K2K3K4 拨到写状态即 K1 off、K2 on、K3 off、K4 off，其中K1、K2、K3 在微程序控制电路，K4 在 24 位微代码输入及显示电路上。在监控指示灯滚动显示【CLASS SELECt】状态下按【实验选择】键，显示【ES-_ _ 】输入 04 或 4，按【确认】键，显示为【ES04 】 ，表示准备进入实验四
8、程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。再按下【确认】键，显示为【CtL1=_】 ，表示对微代码进行操作。输入 1 显示【CtL1_1】 ，表示写微代码，也可按【取消 】键来取消上一步操作，重新输入。按【确认】显示【U-Addr】 ，此时输入【000000】6 位二进制数表示的微地址，然后按【确认】键，监控指示灯显示【U_CodE】 ，显示这时输入微代码【000001】 ，该微代码是用 6 位十六进制数来表示前面的 24 位二进制数，注意输入微代码的顺序，先右后左，此过程中可按【取消】键来取消上一次输入，重新输入。按【确认】键则显示【PULSE】 ，按 【单步】完成一条微代码的输入，
9、重新显示【U-Addr】提示输入表 4-1第二条微代码地址。按照上面的方法输入表 41 微代码,观察微代码与微地址显示灯的对应关系（注意输入微代码的顺序是由右至左） 。微地址（八进制） 微地址（二进制） 微代码（十六进制）00 000000 000001微程序控制器电路UAJ1C1C2C3C4C5C6 F1F2F3F4控制总线读写控制电路T1T2T3T4计算机组成原理实验指导书 - -01 000001 00000202 000010 00000303 000011 015FC404 000100 012FC810 001000 018E0911 001001 005B5020 010000
10、005B5525 010101 06F3D830 011000 FF73D931 011001 017E00表 4-1 实验四微代码表3 读微代码及校验微代码：先将开关 K1K2K3K4 拨到读状态即 K1 off、K2 off、K3 on、K4 off，在监控指示灯显示【U_Addr 】状态下连续按两次【取消】键，退回监控指示灯显示【ES04 】状态，也可按【RESET】按钮对单片机复位，使监控指示灯滚动显示 【CLASS SELECt】状态，按【实验选择】键，显示【ES-_ _ 】输入 04 或 4，按 【确认】键，显示【ES04 】 。按【确认】键，显示【CtL1=_】时，输入 2，按【
11、确认】显示 【U_Addr】 ，此时输入 6位二进制微地址，进入读微代码状态。再按【确认】显示【PULSE】 ，此时按【PULSE】键，显示【U_Addr】 ，微地址指示灯显示输入的微地址，微代码显示电路上显示该地址对应的微代码，至此完成一条微指令的读过程。观察黄色微地址显示灯和微代码的对应关系，对照表 4-1 表检查微代码是否有错误，如有错误，可按步骤 2 写微代码重新输入这条微代码的微地址及微代码。 、开关控制操作方式实验本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1” ，指示灯灭代表低电平“0”。 为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的所有开关拨到输出高电平“1”状态，所有对应的指
12、示灯亮。连线时应注意：对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。计算机组成原理实验指导书 - -1 按图 412 接线图接线：图 412 开关控制电路接线2实验步骤：1) 观测时序信号：用双踪示波器观察脉冲源及时序电路的“f/4” 、 “T1、T2、T3、T4”端，按动【启动】按钮，观察“f/4” 、 “T1、T2、T3、T4”各点的波形，比较它们的相互关系，画出其波形，并与图 49 比较。2) 写微代码 (以写表 4-1 的微代码为例) ：首先将微程序控制电路上的开关 K1K2K3 拨到写入状态，即 K1 off、K2 on、
13、K3 off，然后将 24 位微代码输入及显示电路上的开关 K4 拨到 on 状态。置控制开关 UA5 UA0=“000000”，输入微地址“000000” ， 置 24 位微代码开关 MS24-MS1 为：“00000000 00000000 00000001”，输入 24 位二进制微代码，按【单步】 ，黄色微地址灯显示 “000 000”，写入微代码。保持 K1K2K3K4状态不变，写入表 41 的所有微代码。3) 读微代码并验证结果：将微程序控制电路上的开关 K1K2K3 拨到读出状态，即 K1 off、K2 off、K3 on，然后将 24 位微代码输入及显示电路上的开关 K4 拨到 off 状态。置控制开关 UA5 UA0=“000000”，输入微地址“000000” ， 按【单步】 ，黄色微地址灯显示“000 000” ，24 位微代码显示 “00000000 00000000 00000001”，即第一条微代码。保持 K1K2K3K4 状态不变，改变 UA5 UA0 微地址的值，读出相应的微代码，并和表 41 的微代码比较，验证是否正确。微程序控制器电路UAJ1UA5UA0控制开关电路控制总线T1T2T3T4T1T2T3T4脉冲源及时序电路fin f/4
