計算機組成原理實驗報告3微程序控制器實驗

1、實驗三 微程序控制器實驗一 . 實驗目的與要求：實驗目的：1. 理解時序產(chǎn)生器的原理，了解時鐘和時序信號的波形；2. 掌握微程序控制器的功能，組成知識；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，觀察微程序的運行，學習基本指令的執(zhí)行流程。實驗要求 ：1. 實驗前，要求做好實驗預習，并復習已經(jīng)學過的控制信號的作用；2. 按練習一要求完成測量波形的操作，畫出 TS1,TS2,TS3,TS4 的波形，并測出所用的脈沖周期。按練習二的要求輸入微指令的二進制代碼表，并單步運行五條機器指令。二 . 實驗方案：按實驗圖在實驗儀上接好線后，仔細檢查無誤后可接通電源。1 .練習一：用聯(lián)機軟件

2、的邏輯示波器觀測時序信號，測量，TS1,TS2,TS3,TS4信號的方法如下： TATE UNIT中STO所關置為“ RUN狀態(tài)(向上撥)，STEPF關置為“EXEC狀態(tài)(向上撥) 。(2)將SWITCH UNIT中右下角CLR開關置為“ 1 ”(向上撥)。(3)按動“ START按鈕，即可產(chǎn)生連續(xù)脈沖。( 4 )調試”菜單下的“顯示邏輯示波器窗口，即可出現(xiàn)測量波形的畫面。(5)探頭一端接實驗儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的插座，即可測出時鐘的波形。(6)探頭一端接實驗儀左上角的CH2另一端接STATE UNIT中的TS1插座，即可測出 TS1的波形；(7)探頭一端接實驗儀左上

3、角的CH1,另一端接STATE UNIT中的TS2插座，即可測出 TS2的波形。(8)將紅色探頭一端接實驗儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS3插座，即可測出 TS3 的波形。(9)將紅色探頭一端接實驗儀左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS4插座，即可測出 TS4 的波形。2 . 觀察微程序控制器的工作原理： 關掉實驗儀電源，拔掉前面測時序信號的接線； 編程寫入E2PROM 2816A.將編程開關(MJ20)置為PROM(編程)狀態(tài)；B.將實驗板上 STATEUNIT中的STEP置為STEP狀態(tài)，STOPS為RUN犬態(tài)，SWITCHJNIT 中CLR開關置為1狀態(tài)

4、；C.在右上角的SWITCH UNIT43 UA5-UA0開關上置表中某個要寫的微地址；D.在MK24-MK1開關上置表中要寫的微地址后面的24位微代碼，24位開關對應24位顯示燈，開關置為 1 時燈亮，為0 時燈滅；E. 啟動時序電路，即將微代碼寫入到E2PROM 2816的相應地址對應的單元中；F. 重復 C-E 步驟，將表的每一行寫入E2PROM 2816。 校驗A.將編程開關置為 READ(校驗)狀態(tài)；B.保持STEP,STOP,CL*關狀態(tài)不變， 將實驗板上 STATEUNIT中的STEP置為STEP狀態(tài)， STOPW為RUN犬態(tài),SWITCH UNIT中CLR開關置為1狀態(tài)；C.在

5、開關UA5-UA0上按表置好要讀的某個微地址；D.按動START鍵，啟動時序電路，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，將開關置于PRO端程狀態(tài)，重新執(zhí)行；E. 重復 C-D 步驟，將表的每一行從E2PROM 2816讀出來。練習二： 步運行五條機器指令。1、將編程開關置于“ RUN狀態(tài)；2、 實驗儀的“ STEP及 STOP開關保持原狀，即 STEP置為“ STEP狀態(tài)，STOP置 為“ RUN狀態(tài)，SWITCH UNIT中CLR開關置為1狀態(tài)；3、實驗儀的“SW-BUS置為0,左下方開關D5-D0置為“111111”，D7和D6開關

6、任意，（置 0 或者 1 都可以）4、將清零開關CLR從高拔到低，再從低拔到高，即將開關CLR置1-g 1,可以發(fā)現(xiàn)后續(xù) 微地址UA5-UA0燈變?yōu)?00000, 000000是微指令運行啟始地址；5、接著按動一下“ START鍵，UA5-UA0燈會變?yōu)?10000,這是在讀00 （八進制）條微指 令，給出了下一條要讀的微指令是10 （八進制） ；6、在UA5-UA0燈變?yōu)?10000時，可通過實驗儀左下方開關D7-D0人為強置設置分支地址，將 D5-D0 置 “111111” - “111100” - “111111”，可以發(fā)現(xiàn) UA5-UA0燈從 010000 變?yōu)?010011 ，這表示

7、下一個要讀的微指令從010000 修改為了 010011；7、在UA5-UA0燈為010011時，也就是23（八進制）時，對微程序流程圖，按動一下“START 鍵，UA5-UA0燈會變?yōu)?00001,也就是01 （八進制），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，按動一下 START, UA5-UA0燈會變?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 、 接著按動一下 STRATO健，讀出02條微指令時，UA5-UA0燈顯示為001000時，在當前 條件下，可通過強置端 SE1-SE6相接的D5

8、-D0人為強置修改分支地址；10 執(zhí)行完每個指令的最后一條微指令后，都會回到01 微指令，這樣才表示執(zhí)行完了一條指令，同時也表示可以執(zhí)行新的指令了；11 按照上述方法，把所有分支都執(zhí)行一遍。三 . 實驗結果和數(shù)據(jù)處理：測量并畫出時鐘和時序信號波形，比較它們的相互關系。波形圖：CPU周期TS1TS2TS3TS4時鐘中脈沖與 TS1、 TS2 TSa TS4脈沖的波形，比較時鐘中脈沖與TS1、 TS2、 TS3、 TS4脈沖的相互關系：時鐘中脈沖的一個CPU周期的時間，是 TS1、TS2、TS3、TS4脈沖的時間之和，即節(jié)拍脈沖把一個 CPU周期劃分成幾個較小的時間間隔。四.實驗結果分析：分析AD

9、D的每條微指令的指令格式和功能:1) PCAR；PC+1指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA0110 0 0 0 0 0 0 1 1110110110000011功能：根據(jù) ABC字段發(fā)出的信號，WE=0,讀取內存內容，將 PC的內容送到地址寄存器中AR程序計數(shù)器加1,做好取下一條機器指令的準備。2) RAIMBUS;BUSAR:指令格式:微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA003000000001110000000000100功能：根據(jù)微地址 03, RAM行讀操作，發(fā)出存數(shù)控制信號，把RAM勺內容送到

10、總線上，再送到地址寄存器 AR中，程序計數(shù)器加1,做好取下一條機器指令的準備。3) RAIMBUS,BUSDR2:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA004000000001011000000000101功能：根據(jù)微地址 04, RAMS行讀操作，發(fā)出 LDDR2信號，把RAM的內容送到數(shù)據(jù)總線上，再送到DR2寄存器中，程序計數(shù)器加 1,做好取下一條機器指令的準備。4) RgDR1:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA005000000011010001000000110功能：根據(jù)微地址 05,

11、發(fā)出RS-B信號，把寄存器 R0中的內容送到 DR1寄存器中，程序計數(shù)器加1,做好取下一條機器指令的準備。5)DR1+DR2R0:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA0061001101000000001功能：根據(jù)微地址 06,發(fā)出ALU-B信號，把DR1和DR2相加，結果放R0寄存器中，回到01微指令。五.寫出掌握了的控制信號的作用：WE$制信號白功能： W國存儲器RAM勺寫命令信號， WE=1時，RAM1行寫操作,WE=0寸,RAMS行讀操作。當STEP開關為0時態(tài)，一旦按下啟動鍵，運行觸發(fā)器Cr 一直處于1狀態(tài)，因此時序TS1-TS4將周

12、而復始地發(fā)送出去；當STEP 1時，一旦按下啟動鍵，機器便處于單步運行狀態(tài)，即此次只讀一條指令，可以觀察微指令的代碼與當前微指令的執(zhí) 行結果。1.52.51.50, ,M,Cn控制信號共同起到選擇 ALU進行哪種運算。LOAD PC加1信號，P(1)-P(4)是四個測試判別信號，其功能是根據(jù)機器指令及相應微代碼進行譯碼，使微程序輸入相應的微地址入口，從而實驗微程序的順序，分支，循環(huán)運行。LDRi控制信號，其功能是根據(jù)機器指令來進行三個工作寄存器.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，目的寄存器選通輸出信號及變址寄存器選通輸出信號，其功能是根據(jù)機

13、器指令來進行三個工作寄存器R0,R1,R2的選通輸出譯碼。6 .結論：根據(jù)實驗操作步驟，所得的實驗結果與理論值一致。7 .問題與討論：練習二的實驗里在執(zhí)行 ADDf令時，在分支處強置修改分支地址，并且以后每次 都強置修改，運行完以后，發(fā)現(xiàn)結果是錯誤的，檢查步驟，與同學討論，分析原 因，原來是當微程序不產(chǎn)生分支時，后繼微地址直接由微指令的順序控制字段給出。當微程序出現(xiàn)分支時，意味著微程序出現(xiàn)條件轉移，這時，可通過SE6-SE1強制端去修改微地址寄存器的內容，并按改好的內容讀出下一條微指令，然后繼 續(xù)往下執(zhí)行。8 .實驗總結：心得體會：通過該實驗讓我較好地掌握了微程序控制器的功能，組成知識，微指令

14、格式和各字段功能，微程序的編制，寫入，觀察微程序的運行，學習基本指令的執(zhí)行流程，遇到問題，可以通過實驗，分析，討論，請教老師解決問題，基本達到學習的目的。問題分析：在實驗過程中遇到問題時，首先檢查線路是否連接準確，然后再查看 步驟，有無漏做或做錯的步驟，分析可能出錯的原因，與同學討論，若仍無法解 決，就請教老師，請指導老師查看指正。9 .思考題：本次實驗共設計了幾條指令分別是什么指令答：本次實驗共設計了五條指令，分別是 IN （輸入），ADD（二進制加法），STA （存 數(shù)），OUT$俞出），JMP （無條件轉移）。S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信號共同起到什么作用答：S3,S2,S1,

15、S0,M,Cn控制信號共同起到選擇 ALU進行哪種運算。寫出WE制信號的功能。答：WE制信號白功能： W弱存儲器RAM勺寫命令信號，WE=f寸，RAMS行寫操作， WE=CB寸,RAMS行讀操作。字段主要能譯出什么信號分別寫出來。答：A字段中，主要是寄存器的打入信號，B字段中主要是寄存器的輸出信號，C字段中，主要是測試信號。UA5-UA0是當前微地址還是后繼微地址答：UA5-UA0是當前后繼微地址。06微指令功能是什么 06微指令S3,S2,S1,的值為“ 100101”代表什么運算 A字段“001”和B字段“101”分別選中哪個控制信號，信號的功能分別是什么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寄存器中的內容和 DR2寄存器中的內容相加，