计算机组成原理实验3

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1、经济管理学院信息管理与信息系统专业_班组学号姓名 协作者教师评定实验题目_微程序控制器实验1. 实验目的与要求：实验目的：1.理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；2. 掌握微程序控制器的功能、组成知识；3 掌握微指令格式和各字段功能；4. 掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习基 本指令的执行流程。实验要求：按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1、TS2、TS3、 TS4的波形，并测出所有的脉冲的周期。按练习二的要求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指 令。2. 实验方案：1. 用联机软件的逻辑示波器观测时序信号：测量、TS1、TS2、TS3、TS4信号的方法

2、：(1 )按图接线，接一根即可；(2) 把探笔的探头端按颜色分别插到试验仪左上角的CH1、CH2，黑 探头插CH1,红探头插CH2,将黑探笔的探头插在接线的上孔， 将红探笔的探针夹在TS1两针之间；(3) 将实验仪的STOP开关置为RUN、STEP开关置为EXEC, “SWITCH UNIT”中CLR开关置为1状态，按动START按键；(4) 启动“组成原理联机软件”,点击“调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口”,点击示波器开关,即可在屏幕上看到波形。使用“步数”或“速度”调整波形,波形调整好后,不要用同步通 道来稳定波形,应该单击示波器开关,这样整个波形都停下来；(5) 鼠标停留在波形线上,会

3、有时间提示,两者相减可以算出波形 周期；(6) 测完和TS1后，接着测量TS1和TS2,把黑红探针分别夹在 TS1两根针之间和TS2两根针之间，相互比较，可以测量TS1 和TS2之间相位关系。同理通过测量TS2、TS3可以测量出TS2 和TS3之间相位关系，同理通过测量TS3、TS4可以测量出TS3 和 TS4 之间相位关系。2. 观察微程序控制器的工作原理：（1）关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线，按图连接实验电路，仔细检查无误后接通电源；（2）编程写入 E2PROM 2816A将编程开关（MJ20）置为PROM状态；B将实验板上STATE UNIT中的STEP置为“STEP”状态，S

4、TOP 置为“RUN”状态，“SWITCH UNIT”中CLR开关置为1状态；C. 在右下角的“SWITCH UNIT”中UA5-UA0开关上表3.2中某个 要写的微地址；D在MK24-MK1开关上置表3.2中要写的微地址后面的24位微代 码， 24位开关对应24位显示灯，开关置为“1”时灯亮，开关 置为“0”时灯灭；E.启动时序电路（按动启动按钮 START），即将微代码写入到 E2PROM 2816的相应地址对应的单元中；F重复C-E步骤，将表3.2的每一行写入E2PROM 2816。（ 3）校验A. 将编程开关置为 READ 状态；B保持STEP、STOP、CLR开关状态不变，即实验板的

5、STEP开关置 为 “STEP” 状态，STOP 开关置为 “RUN”状态，“SWITCH UNIT” 中 CLR 开关置为 1 状态；C. 在开关UA5-UA0上按表3.2置好要读的某个微地址；D. 按动 START 键，启动时序电路，就能读出微代码，观察显示灯 MD24-MD1 的状态，检查读出的微代码是否与写入的相同。如果 不同，将开关置为PROM编程状态，重新执行；E重复C-D步骤，将表3.2的每一行从E2PROM28 16中读出来。单步运行五条机器指令：A. 将编程开关置为“RUN”状态；B. 将 STEP 置为 “STEP” 状态，STOP 置为” RUN “状态，” SWITCH

6、 UNIT”中的CLR开关置为1状态；C. 将“SW-BUS”开关置为“0”，左下方开关D5-D0置为“ 111111”， D6 和 D7 开关任意；D. 将清零开关CLR从高拔到低，再从低拔到高，即将开关DLR置 为1 01,可发现后续微地址UA5-UA0灯变为000000， 000000是微指令运行启始地址；E. 按动“START”键，UA5-UA0灯变为010000，这是在读00条微 指令，给出下一条要读的微指令是20。以后每按动一次启动键“START”，都会读出后续微地址指定的一条微指令，微命令显示灯和微地址显示灯显示着正在所读出的微指令；F. 在UA5-UA0灯变为010000时，可

7、通过实验仪左下方开关D7-D0 人为强置设置分支地址，将D5-D0置为“111111 ”一一“111100” “111111”，可发现 UA5-UA0 灯从 010000 变为 010011, 表示下一个要读的微指令从010000修改为了010011；G. 在UA5-UA0灯为010011时，也就是23时，对照微程序流程图， 按动一下“START”键，UA5-UA0灯会变成000001，也就是01, 表示读出了23条微指令，给出了下一条要读的是01 条微指令；H. 在UA5-UA0灯为000001时，也就是01时，对照微程序流程图， 按动一下“START”键，UA5-UA0灯会变成000010

8、，也就是02, 表示读出了01 条微指令,下一步要的是02条微指令；I. 按动“START”键，读出02条微指令时,UA5-UA0灯显示为001000 时，在当前条件下，可通过强置端SE1-SE6相接的D5-D0人为 强置修改分支地址；J. 执行完每个指令的最后一条微指令后,都会回到01 微指令, 这样才表示执行完了一条指令,同时也表示可以执行新的指令 了；K. 按照上述方法,把所有分支执行一遍。3. 实验结果和数据处理：rsi通过比较各波形的相互关系可得：脉冲的周期是TS1, TS2, TS3,与TS3, TS3与TS4各自之间相差1/4周期。4. 实验结果分析：S3S2S1S0MCNWEA

9、UA5二进制微地址9A8UA0000000000000000110000001000100000000010100000001111011011000001000001002000000001100000001001000000011030000000011100000000001000001000400000000101100000000010100010105000000011010001000000110000110061001010110011010000000010001110010000010010010100010110011000011010011100011110710111

10、21314151617000000001000000000000000011000000011000000011000000011000000101000000001000000001110000000001101001110110110110000110010000000000001110110000011110110000111110110001110110110010110001000000001000000001111000000010101ADD 加法指令为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作 地址，其含义是将R寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相加， 结果放R寄存器。ADD

11、加法指令由7条微指令组成，分别为：01、02、 11、03、04、05、06。以微指令06为例：微指令功能是DR1+DR2； 06微指令S3S2S1 S0 M CN的值为“ 100101 ”代表算术运算A加B； A字段“001 ”起的 作用是选择LDRi, B字段“101 ”起的作用是选择ALU-B； 06微指令 中 UA5-UA0 中“00000001”代表的含义是后继执行的微地址。（其他 指令的功能均按以上方式解读）5. 写出你掌握了的控制信号的作用1. 时钟时序电路时序电路可产生4个等间隔的时序信号Tsi-TS4,其中为钟信号，由实验台左上方的方波信号源提供，可产生频率及脉宽可调 的方波

12、信号。可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。为了便 于控制程序的运行，时序电路发生器也设置了一个启停控制触发器 Cr，使TSITS4信号输出可控。2微程序控制电路 微程序控制器的组成，本实验装置的微程序放在二片 2816 的E2PR0M中，只有掉电保护功能，微命令寄存器为8位，由三片8D 触发器（273）和1片4D触发器（175）组成；微地址寄存器6位，用 三片正沿触发的双D触发器（74）组成。它们带有清“0”端和预置 端。在不判别测试的情况下， T2 时刻打入微地址寄存器的内容即 为下一条微指令地址。当 T4 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触发器置为“1

13、”状态，完 成地址修改。在该实验电路中设有一个编程开头（位于实验板右上方），它具 有二种状态：PROM（编程）、READ（校验）、RUN（运行）。当处于“编 程状态”时，可根据微地址和微指令格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，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。3微指令格式一个完整的程序是由若干条指令语句组成的，一条

14、指令义由若 干条微指令组成，而每一条微指令义由若干微命令及下一条微地址 信号组成。其中UA5UA0为6位的后续微地址，A、B、C三个译 码字段，分别有二个控制位译码出多位。C字段中的AR为算术运 算是否影响进位及判零标控控制位，其为零有效。P(1)-P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 程序输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，1712为指令寄存器的第72位输出，SE5SEI为微控 器单元微地址锁存器的强置端输出。B字段中的RSB、RO-B、R1 B 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RO、R1 及R2的选通译码，10-14为指令寄存器的第0-4位，LDRi打入工 作寄存器信号的泽码器位能控制位。(1)判别指令代码前四位(17、 16、15、；P判别指令代码12、13位：P判别是否有进位 或值是否为零：P判别控制台指令(SWA、SWB)。LDRi与指令代 码10、11译出LDR0、LDRI、LDR2； RD-B与指令代码Io、11译出 目的通用寄存器：RSB与指令代码12、13译出源通用寄存器： RI-B 控制 R2-B 输出。6. 结论通过实验，能按照如计算机组成原理实验指