計算機組成原理實驗報告3微程序控制器實驗

1、計算機組成原理實驗報告實驗三 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

2、：用聯(lián)機軟件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：(1) TATE UNIT 中STOP開關置為“RUN”狀態(tài)（向上撥），STEP開關置為 “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(diào)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STATE UNIT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

3、形；（7）探頭一端接實驗儀左上角的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STATE UNIT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STATE UNIT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STATE UNIT 中的STEP置為STEP狀態(tài)，STOP置為RUN狀態(tài)，SWITCH

4、 UNIT中CLR開關置為1狀態(tài)；C. 在右上角的SWITCH UNIT中UA5-UA0開關上置表3.2中某個要寫的微地址；D. 在MK24-MK1開關上置表3.2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3.2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,CLR開關狀態(tài)不變，將實驗板上STATE UNIT 中的STEP置為STEP狀態(tài)，STOP置為RUN狀態(tài)，SWITC

5、H UNIT中CLR開關置為1狀態(tài)；C. 在開關UA5-UA0上按表3.2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PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行；E. 重復C-D步驟，將表3.2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

6、為0，左下方開關D5-D0置為“111111”，D7和D6開關任意，（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101，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)?1

7、0011，這表示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鍵，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STRATOR鍵，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-D0人

8、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(jié)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時鐘脈沖與TS1、TS2、TS3、TS4脈沖的波形，比較時鐘脈沖與TS1、TS2、TS3、TS4脈沖的相互關系：時鐘脈沖的一個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(jié)果分析：分析ADD的每條微指令的指令格

9、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 11111功能：根據(jù)ABC字段發(fā)出的信號,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，程序計數(shù)器加1，做好取下一條機器指令的準備。2）RAMBUS;BUSAR:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 . UA01100功能：根據(jù)微地址03，RAM進行讀操作，發(fā)出存數(shù)控制信號，把RAM的內(nèi)容送到總線上，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）RAMBUS

10、,BUSDR2:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 . UA00101功能：根據(jù)微地址04，RAM進行讀操作，發(fā)出LDDR2信號，把RAM的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上，再送到DR2寄存器中，程序計數(shù)器加1，做好取下一條機器指令的準備。4）R0DR1: 指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 . UA00110功能：根據(jù)微地址05，發(fā)出RS-B信號，把寄存器R0中的內(nèi)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 A

11、8ABCUA5 . UA00001功能：根據(jù)微地址06，發(fā)出ALU-B信號，把DR1和DR2相加，結(jié)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：J WE控制信號的功能：WE是存儲器RAM的寫命令信號，WE=1時，RAM進行寫操作，WE=0時，RAM進行讀操作。J 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將周而復始地發(fā)送出去；當STEP為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(jié)果。J S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信號共同起到選擇ALU進行哪種運算。

12、J LOAD是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。J 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。J 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)機器指令來進行三個工作寄存器R0,R1,R2的選通輸出譯碼。六.結(jié)論：J 根據(jù)實驗操作步驟，所得的實驗結(jié)果與理論值一致。七.問題與討論：J 練習二的實驗里在執(zhí)行ADD指令時，在分支處強置修改分支地址，并且以后

13、每次都強置修改，運行完以后，發(fā)現(xiàn)結(jié)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(zhuǎn)移，這時，可通過SE6-SE1強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。八.實驗總結(jié)：J 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。J 問題分析：在實驗過程中遇到問題時，首先檢查線路是否

14、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。九.思考題：J 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(輸出)，JMP（無條件轉(zhuǎn)移）。J S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信號共同起到什么作用？答： S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信號共同起到選擇ALU進行哪種運算。J 寫出WE控制信號的功能。答： WE控制信號的功能：WE是存儲器RAM的寫命令信號，WE=1時，RAM進行寫操作，WE=0時，RAM進行讀操作。J A.B.C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。J 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。J 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(nèi)容和DR2寄存器中的