計(jì)算機(jī)組成原理試驗(yàn)報(bào)告3微程序控制器試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三微程序控制器實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.理解時(shí)序產(chǎn)生器的原理，了解時(shí)鐘和時(shí)序信號(hào)的波形；2,掌握微程序控制器的功能，組成知識(shí)；3.掌握微指令格式和各字段功能；4,掌握微程序的編制，寫入，觀察微程序的運(yùn)行，學(xué)習(xí)基本指令的執(zhí)行流程。實(shí)驗(yàn)要求：1 .實(shí)驗(yàn)前，要求做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，并復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)過的控制信號(hào)的作用；2 .按練習(xí)一要求完成測(cè)量波形的操作，畫出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并測(cè)出所用的脈沖中周期。按練習(xí)二的要求輸入微指令的二進(jìn)制代碼表，并單步運(yùn)行五條機(jī)器指令。按實(shí)驗(yàn)圖在實(shí)驗(yàn)儀上接好線后，仔細(xì)檢查無誤后可接通電源。1 .練習(xí)一：用聯(lián)機(jī)軟件的邏輯示波器觀測(cè)時(shí)序信號(hào)，測(cè)量中，T

2、S1,TS2,TS3,TS4信號(hào)的方法如下：(1) TATEUNIT中STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)(向上撥)，STEP開關(guān)置為“EXEC”狀態(tài)(向上撥)。(2)將SWITCHUNIT中右下角CLR開關(guān)置為“1”(向上撥)。(3)按動(dòng)“START”按鈕，即可產(chǎn)生連續(xù)脈沖。(4)調(diào)試”菜單下的“顯示邏輯示波器窗口，即可出現(xiàn)測(cè)量波形的畫面。(5)探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的中插座，即可測(cè)出時(shí)鐘中的波形。(6)探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH2,另一端接STATEUNIT中的TS1插座，即可測(cè)出TS1的波形；(7)探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH1,另一端接STATEUNI

3、T中的TS2插座，即可測(cè)出TS2的波形。(8)將紅色探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS3插座，即可測(cè)出TS3的波形。(9)將紅色探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS4插座，即可測(cè)出TS4的波形。2.觀察微程序控制器的工作原理：關(guān)掉實(shí)驗(yàn)儀電源，拔掉前面測(cè)時(shí)序信號(hào)的接線；編程寫入E2PROM2816A.將編程開關(guān)(MJ20)置為PROM(編程)狀態(tài)；B.將實(shí)驗(yàn)板上STATEUNIT中的STEP置為STEP狀態(tài),STOP置為RUN狀態(tài),SWITCHUNIT中CLR開關(guān)置為1狀態(tài)；C.在右上角的SWITCHUNIT中UA5-UA0開關(guān)上置表

4、3,2中某個(gè)要寫的微地址；D.在MK24-MK1開關(guān)上置表3.2中要寫的微地址后面的24位微代碼，24位開關(guān)對(duì)應(yīng)24位顯示燈，開關(guān)置為1時(shí)燈亮，為0時(shí)燈滅；E.啟動(dòng)時(shí)序電路，即將微代碼寫入到E2PROM2816的相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的單元中；F.重復(fù)C-E步驟，將表3.2的每一行寫入E2PROM2816。校驗(yàn)A.將編程開關(guān)置為READ（校驗(yàn)）狀態(tài)；B.保持STEP,STOP,CLR開關(guān)狀態(tài)不變，將實(shí)驗(yàn)板上STATEUNIT中的STEP置為STEP狀態(tài)，STOP置為RUN狀態(tài)，SWITCHUNIT中CLR開關(guān)置為1狀態(tài)；C.在開關(guān)UA5-UA0上按表3.2置好要讀的某個(gè)微地址；D.按動(dòng)START鍵，啟動(dòng)

5、時(shí)序電路，就能讀出微代碼，觀察顯示燈MD24-MD1的狀態(tài)，檢查讀出的微代碼是否與已經(jīng)寫入的相同，若不同，將開關(guān)置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行；E.重復(fù)C-D步驟，將表3.2的每一行從E2PROM2816讀出來。練習(xí)二：步運(yùn)行五條機(jī)器指令。1、將編程開關(guān)置于“RUN”狀態(tài)；2、實(shí)驗(yàn)儀的“STEP及“STOP”開關(guān)保持原狀，即STEP置為“STEP”狀態(tài)，STOP置為“RUN”狀態(tài)，SWITCHUNIT”中CLR開關(guān)置為1狀態(tài)；3、實(shí)驗(yàn)儀的“SW-BUS”置為0,左下方開關(guān)D5-D0置為“111111”，D7和D6開關(guān)任意，（置0或者1都可以）4、將清零開關(guān)CLR從高拔到低，再從低拔到高，即將開

6、關(guān)CLR置1一0一1,可以發(fā)現(xiàn)后續(xù)微地址UA5-UA0燈變?yōu)?00000,000000是微指令運(yùn)行啟始地址；5、接著按動(dòng)一下“START鍵，UA5-UA0燈會(huì)變?yōu)?10000,這是在讀00（八進(jìn)制）條微指令，給出了下一條要讀的微指令是10（八進(jìn)制）；6、在UA5-UA0燈變?yōu)?10000時(shí)，可通過實(shí)驗(yàn)儀左下方開關(guān)D7-D0人為強(qiáng)置設(shè)置分支地址，將D5-D0置“111111”一“111100”一“111111”，可以發(fā)現(xiàn)UA5-UA0燈從010000變?yōu)?10011,這表示下一個(gè)要讀的微指令從010000修改為了010011;7、在UA5-UA0燈為010011時(shí)，也就是23（八進(jìn)制）時(shí)，對(duì)微程

7、序流程圖，按動(dòng)一下“START”鍵，UA5-UA0燈會(huì)變?yōu)?00001,也就是01（八進(jìn)制），表示讀出了23條微指令，給出了下一條要讀的是01條微指令；8、在UA5-UA0燈為000001時(shí)，按動(dòng)一下START鍵，UA5-UA0燈會(huì)變?yōu)?00010,表示讀出了01條微指令，下一條要讀出的是02條微指令；9、接著按動(dòng)一下STRATOR鍵，讀出02條微指令時(shí)，UA5-UA0燈顯示為001000時(shí)，在當(dāng)前條件下，可通過強(qiáng)置端SE1-SE6相接的D5-D0人為強(qiáng)置修改分支地址；10、 執(zhí)行完每個(gè)指令的最后一條微指令后，都會(huì)回到01微指令，這樣才表示執(zhí)行完了一條指令，同時(shí)也表示可以執(zhí)行新的指令了；11、

8、 按照上述方法，把所有分支都執(zhí)行一遍。三.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理:測(cè)量并畫出時(shí)鐘和時(shí)序信號(hào)波形，比較它們的相互關(guān)系。波形圖：周期CPUTS1TS2TS3TS4時(shí)鐘中脈沖與TS1、TS2、TS3、TS4脈沖的波形，比較時(shí)鐘中脈沖與TS1、TS2、TS3、TS4脈沖的相互關(guān)系：時(shí)鐘中脈沖的一個(gè)CPU周期的時(shí)間，是TS1、TS2、TS3、TS4脈沖的時(shí)間之和，即節(jié)拍脈沖把一個(gè)CPU周期劃分成幾個(gè)較小的時(shí)間間隔。四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：分析ADD的每條微指令的指令格式和功能:1) PCfAR;PC+1指令格式：微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCUA5.UA0110000000111101101100

9、00011功能：根據(jù)ABC字段發(fā)出的信號(hào)，WE=0,讀取內(nèi)存內(nèi)容，將PC的內(nèi)容送到地址寄存器中AR,程序計(jì)數(shù)器加1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。2) RAMRBUS;BUSAR指令格式:微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCUA5.UA003000000001110000000000100功能：根據(jù)微地址03,RAM進(jìn)行讀操作，發(fā)出存數(shù)控制信號(hào)，把RAM的內(nèi)容送到總線上，再送到地址寄存器AR中，程序計(jì)數(shù)器加1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。3) RAMRBUS,BUSDR2:指令格式:微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCUA5.UA00400000000101100000000

10、0101功能：根據(jù)微地址04,RAM進(jìn)行讀操作，發(fā)出LDDR2信號(hào)，把RAM的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上，再送到DR2寄存器中，程序計(jì)數(shù)器加1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。4) R0-DR1:指令格式：微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCUA5.UA005000000011010001000000110功能：根據(jù)微地址05,發(fā)出RS-B信號(hào)，把寄存器R0中的內(nèi)容送到DR1寄存器中，程序計(jì)數(shù)器加1,做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。5)DR1+DR2-R0:指令格式:微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCUA5.UA006100101011001101000000001功能：根據(jù)微地址06,

11、發(fā)出ALU-B信號(hào)，把DR1和DR2相加，結(jié)果放R0寄存器中,回到01微指令。5 .寫出掌握了的控制信號(hào)的作用：WE控制信號(hào)的功能：WE是存儲(chǔ)器RAM的寫命令信號(hào)，WE=1時(shí)，RAM進(jìn)行寫操作，WE=0時(shí)，RAM進(jìn)行讀操作。當(dāng)STEP開關(guān)為0時(shí)態(tài)，一旦按下啟動(dòng)鍵，運(yùn)行觸發(fā)器Cr一直處于1狀態(tài)，因此時(shí)序TS1-TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去；當(dāng)STEP為1時(shí)，一旦按下啟動(dòng)鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此次只讀一條指令，可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。,M,Cn控制信號(hào)共同起到選擇ALU進(jìn)行哪種運(yùn)算。LOAD是PC加1信號(hào)，P(1)-P(4)是四個(gè)測(cè)試判別信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微

12、代碼進(jìn)行譯碼，使微程序輸入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)驗(yàn)微程序的順序，分支，循環(huán)運(yùn)行。LDRi控制信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器.R0,R1及R2的選擇存入譯碼。RS-B,RD-B,RI-B分別為源寄存器選通輸出信號(hào)，目的寄存器選通輸出信號(hào)及變址寄存器選通輸出信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器R0,R1,R2的選通輸出譯碼。6 .結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作步驟，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值一致。7 .問題與討論：練習(xí)二的實(shí)驗(yàn)里在執(zhí)行ADD指令時(shí)，在分支處強(qiáng)置修改分支地址，并且以后每次都強(qiáng)置修改，運(yùn)行完以后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果是錯(cuò)誤的，檢查步驟，與同學(xué)討論，分析原因，原來是當(dāng)微程序不產(chǎn)生分支時(shí)，

13、后繼微地址直接由微指令的順序控制字段給出。當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時(shí)，意味著微程序出現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移，這時(shí)，可通過SE6-SE1強(qiáng)制端去修改微地址寄存器的內(nèi)容，并按改好的內(nèi)容讀出下一條微指令，然后繼續(xù)往下執(zhí)行。8 .實(shí)驗(yàn)總結(jié)：心得體會(huì)：通過該實(shí)驗(yàn)讓我較好地掌握了微程序控制器的功能，組成知識(shí)，微指令格式和各字段功能，微程序的編制，寫入，觀察微程序的運(yùn)行，學(xué)習(xí)基本指令的執(zhí)行流程，遇到問題，可以通過實(shí)驗(yàn)，分析，討論，請(qǐng)教老師解決問題，基本達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。問題分析：在實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題時(shí)，首先檢查線路是否連接準(zhǔn)確，然后再查看步驟，有無漏做或做錯(cuò)的步驟，分析可能出錯(cuò)的原因，與同學(xué)討論，若仍無法解決，就請(qǐng)教老師，請(qǐng)指導(dǎo)

14、老師查看指正。9 .思考題：本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了幾條指令？分別是什么指令？答：本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了五條指令，分別是IN（輸入），ADD（二進(jìn)制加法），STA（存數(shù)），OUT（輸出），JMP（無條件轉(zhuǎn)移）。,M,Cn控制信號(hào)共同起到什么作用？答：S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信號(hào)共同起到選擇ALU進(jìn)行哪種運(yùn)算。寫出WE控制信號(hào)的功能。答：WE控制信號(hào)的功能：WE是存儲(chǔ)器RAM的寫命令信號(hào)，WE=1時(shí)，RAM進(jìn)行寫操作，WE=0時(shí)，RAM進(jìn)行讀操作。A.B.C字段主要能譯出什么信號(hào)？分別寫出來。答：A字段中，主要是寄存器的打入信號(hào)，B字段中主要是寄存器的輸出信號(hào)，C字段中，主要是測(cè)試信號(hào)。UA5-UA0是當(dāng)前微地址還是后繼微地址？答：UA5-UA0是當(dāng)前后繼微地址。06微指令功能是什么？06微指令S3,S2,S1,S0.M.CN的值為“100101”代表什么運(yùn)算？A字段“001”和B字段“101”分別選中哪個(gè)控制信號(hào)，信號(hào)的功能分別是什么？06微指令中UA5-UA0中“000001”代表什么含義？答：06微指令功能是將DR1寄存器中的內(nèi)容和DR2寄存器中的內(nèi)容相加