计算机组成原理实验报告3--微程序控制器实验 联系客服

实验三 微程序控制器实验

一. 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:

1. 实验前,要求做好实验预习,并复习已经学过的控制信号的作用;

2. 按练习一要求完成测量波形的操作,画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形,并测出所用的脉冲

Ф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。

二. 实验方案:

按实验图在实验仪上接好线后,仔细检查无误后可接通电源。

1. 练习一:用联机软件的逻辑示波器观测时序信号,测量Ф,TS1,TS2,TS3,TS4信号的 方法如下:

(1) TATE UNIT 中STOP开关置为“RUN”状态(向上拨),STEP开关置为 “EXEC”状态 (向上拨)。

(2) 将SWITCH UNIT 中右下角CLR开关置为“1”(向上拨)。 (3) 按动“START”按钮,即可产生连续脉冲。

(4)调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口,即可出现测量波形的画面。

(5)探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATE UNIT中的Ф插座,即可测出时钟Ф的波形。

(6)探头一端接实验仪左上角的CH2,另一端接STATE UNIT中的TS1插座,即可测出TS1的波形;

(7)探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATE UNIT中的TS2插座,即可测出TS2的波形。

(8)将红色探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATE UNIT中的TS3插座,即可测出TS3的波形。

(9)将红色探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATE UNIT中的TS4插座,即可测出TS4的波形。

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; ② 编程写入E2PROM 2816

A. 将编程开关(MJ20)置为PROM(编程)状态;

B. 将实验板上STATE UNIT 中的STEP置为STEP状态,STOP置为RUN状态,

SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态;

C. 在右上角的SWITCH UNIT中UA5-UA0开关上置表3.2中某个要写的微地址;

③ A. B. C. D.

E.

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,为0时灯灭;

E. 启动时序电路,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。 校验

将编程开关置为READ(校验)状态;

保持STEP,STOP,CLR开关状态不变,将实验板上STATE UNIT 中的STEP置为STEP状态,STOP置为RUN状态,SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态; 在开关UA5-UA0上按表3.2置好要读的某个微地址;

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已经写入的相同,若不同,将开关置于PROM编程状态,重新执行;

重复C-D步骤,将表3.2的每一行从E2PROM 2816读出来。

练习二:步运行五条机器指令。

1、 将编程开关置于“RUN”状态; 2、 实验仪的“STEP”及”STOP”开关保持原状,即STEP置为“STEP”状态,STOP置为”RUN”

状态,“SWITCH UNIT”中CLR开关置为1状态;

3、 实验仪的“SW-BUS”置为0,左下方开关D5-D0置为“111111”,D7和D6开关任意,

(置0或者1都可以)

4、 将清零开关CLR从高拔到低,再从低拔到高,即将开关CLR置1→0→1,可以发现后

续微地址UA5-UA0灯变为000000,000000是微指令运行启始地址;

5、 接着按动一下“START”键,UA5-UA0灯会变为010000,这是在读00(八进制)条微指

令,给出了下一条要读的微指令是10(八进制); 6、 在UA5-UA0灯变为010000时,可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“111111”→“111100”→“111111”,可以发现UA5-UA0灯从010000变为010011,这表示下一个要读的微指令从010000修改为了010011; 7、 在UA5-UA0灯为010011时,也就是23(八进制)时,对微程序流程图,按动一下“START”

键,UA5-UA0灯会变为000001,也就是01(八进制),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;

8、 在UA5-UA0灯为000001时,按动一下START键,UA5-UA0灯会变为000010,表示

读出了01条微指令,下一条要读出的是02条微指令;

9、 接着按动一下STRATOR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;

10、 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; 11、 按照上述方法,把所有分支都执行一遍。

三. 实验结果和数据处理:

测量并画出时钟和时序信号波形,比较它们的相互关系。 波形图:

CPU 周期

Φ TS1 TS2 TS3 TS4

时钟Ф脉冲与TS1、TS2、TS3、TS4脉冲的波形,比较时钟Ф脉冲与TS1、TS2、TS3、TS4脉冲的相互关系:时钟Ф脉冲的一个CPU周期的时间,是TS1、TS2、TS3、TS4脉冲的时间之和,即节拍脉冲把一个CPU周期划分成几个较小的时间间隔。

四. 实验结果分析:

分析ADD的每条微指令的指令格式和功能:

1)PC→AR;PC+1:①指令格式: 微地址 11 S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 0 0 0 0 0 0 0 1 1 A 110 B 110 C 110 UA5 …. UA0 000011 ②功能:根据ABC字段发出的信号,WE=0,读取内存内容,将PC的内容送到地址寄存器

中AR,程序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。

2)RAM→BUS;BUS→AR:①指令格式: 微地址 03 S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 000000001 A 110 B 000 C 000 UA5 …. UA0 000100 ②功能:根据微地址03,RAM进行读操作,发出存数控制信号,把RAM的内容送到总线

上,再送到地址寄存器AR中,程序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。

3)RAM→BUS,BUS→DR2:①指令格式: 微地址 04 S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 000000001 A 011 B 000 C 000 UA5 …. UA0 000101 ②功能:根据微地址04,RAM进行读操作,发出LDDR2信号,把RAM的内容送到数据

总线上,再送到DR2寄存器中,程序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。

4)R0→DR1: ①指令格式:

微地址 05 S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 000000011 A 010 B 001 C 000 UA5 …. UA0 000110 ②功能:根据微地址05,发出RS-B信号,把寄存器R0中的内容送到DR1寄存器中,程

序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。

5)DR1+DR2→R0: ①指令格式: 微地址 06 回到01微指令。

S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 100101011 A 001 B 101 C 000 UA5 …. UA0 000001 ②功能:根据微地址06,发出ALU-B信号,把DR1和DR2相加,结果放R0寄存器中, 五. 写出掌握了的控制信号的作用:

? WE控制信号的功能:WE是存储器RAM的写命令信号,WE=1时,RAM进行写

操作,WE=0时,RAM进行读操作。

? 当STEP开关为0时态,一旦按下启动键,运行触发器Cr一直处于1状态,因此

时序TS1-TS4将周而复始地发送出去;当STEP为1时,一旦按下启动键,机器便处于单步运行状态,即此次只读一条指令,可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。 ? S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信号共同起到选择ALU进行哪种运算。

? LOAD是PC加1信号,P(1)-P(4)是四个测试判别信号,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,从而实验微程序的顺序,分支,循环运行。

? LDRi控制信号,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

择存入译码。

? RS-B,RD-B,RI-B分别为源寄存器选通输出信号,目的寄存器选通输出信号及变址

寄存器选通输出信号,其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0,R1,R2的选通输出译码。

六.结论:

? 根据实验操作步骤,所得的实验结果与理论值一致。

七.问题与讨论:

? 练习二的实验里在执行ADD指令时,在分支处强置修改分支地址,并且以后每

次都强置修改,运行完以后,发现结果是错误的,检查步骤,与同学讨论,分析原因,原来是当微程序不产生分支时,后继微地址直接由微指令的顺序控制字段给出。当微程序出现分支时,意味着微程序出现条件转移,这时,可通过SE6-SE1强制端去修改微地址寄存器的内容,并按改好的内容读出下一条微指令,然后继续往下执行。

八.实验总结:

? 心得体会:通过该实验让我较好地掌握了微程序控制器的功能,组成知识,微指

令格式和各字段功能,微程序的编制,写入,观察微程序的运行,学习基本指令