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?zāi)康呐c要求：實驗?zāi)康模?. 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(xué)習(xí)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(yù)習(xí)，并復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)過的控制信號的作用；2. 按練習(xí)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(xí)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。.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。TS1,TS2,TS3,TS4 信號的1.

2、練習(xí)一：用聯(lián)機軟件的邏輯示波器觀測時序信號，測量, 方法如下：(1) TATE UNIT 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)。將SWITCH UNIT 中右下角CLR開關(guān)置為“ 1 ”(向上撥)。(3) 按動“ START ”按鈕，即可產(chǎn)生連續(xù)脈沖。(5) 探頭一端接實驗儀左上角的 的波形。(6) 探頭一端接實驗儀左上角的TS1的波形；(7) 探頭一端接實驗儀左上角的(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。CH1，另一端接STATE UNIT中的插座，即可測出時鐘CH2，另一端接 STATE UNIT中的T

3、S1插座，即可測出CH1，另一端接 STATE UNIT中的TS2插座，即可測出TS2的波形。CH1，另一端接 STATE UNIT中的TS3插座，即可CH1，另一端接 STATE UNIT中的TS4插座，即可(8) 將紅色探頭一端接實驗儀左上角的 測出TS3的波形。(9) 將紅色探頭一端接實驗儀左上角的 測出TS4的波形。2. 觀察微程序控制器的工作原理： 關(guān)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(guān)(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), SWI

4、TCH UNIT 中CLR開關(guān)置為1狀態(tài)；C. 在右上角的SWITCH UNIT中UA5-UA0開關(guān)上置表3.2中某個要寫的微地址；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)對應(yīng) 24位顯示燈，開關(guān)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(yīng)地址對應(yīng)的單元中；F. 重復(fù)C-E步驟，將表 3.2的每一行寫入 E2PROM 2816。校驗A. 將編程開關(guān)置為 READ （校驗）狀態(tài)；B. 保持STEP,STOP,CLR開關(guān)狀態(tài)不變，將實驗板上STATE UNIT 中的STEP置為STEP狀態(tài)，STOP置為R

5、UN狀態(tài)，SWITCH UNIT 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(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E2PROM 2816讀出來。練習(xí)二：步運行五條機器指令。1、將編程開關(guān)置于“ RUN ”狀態(tài)；2、 實驗儀的“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)，“SWITCH UNIT ”中CLR開關(guān)置為1狀態(tài)；

6、3、 實驗儀的“ 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，即將開關(guān)CLR置1 0 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(guān)D7-D0人為強置設(shè)置分支地址，將 D5-D0 置“ 111111 ”t“ 111100

7、”“ 111111”，可以發(fā)現(xiàn) UA5-UA0燈從 010000 變 為010011，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，U

8、A5-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(guān)系。CPU波形圖: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(guān)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

9、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式和功能:1) PC AR;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=O，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) RAM BUS;BUSAR:指令格式:微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5 .UA00300000000111000000000010

10、0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) RAM BUS,BUDR2: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, 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) R0 DR1:指令格式：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5

11、 .UA005000000011010001000000110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 A8ABCUA5 .UA006100101011001101000000001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：? 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，

12、RAM進行讀操作。? 當STEP開關(guān)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(fù)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。?S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信號共同起到選擇 ALU進行哪種運算。? 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(yīng)微代碼進行譯碼，使微程序輸入相應(yīng)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

13、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：? 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：?練習(xí)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(xué)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

14、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)：? 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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(xué)討論，若仍無法解 決，就請教老師，請指導(dǎo)老師查看指正。九. 思考題：? 本次實驗共設(shè)計了幾條指令？分別是什么指令？答：本次實驗共設(shè)計了五條指令，分別是IN （輸入

15、），ADD （二進制加法），STA （存數(shù)），OUT（輸出），JMP （無條件轉(zhuǎn)移）。? 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。? 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=O時，RAM進行讀操作。? 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。? 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,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寄存器中的內(nèi)容相加