完整word版計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 微控制器

1、西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目微程序控制器實(shí)驗(yàn)13實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)掌握微指令格式和各字段功能。掌握微指令的編制、寫入、觀察微程序的運(yùn)行理解時(shí)序產(chǎn)生器的原理，了解時(shí)鐘和時(shí)序信號(hào)的波形。 掌握微程序控制器的功能、組成知識(shí)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD CM3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：一）實(shí)驗(yàn)原理：微程序控制電路與微指令格式（A）微程序控制電路微程序控制器的組成見圖10，其中控制存儲(chǔ)器采用3片2816的E2PROM，具有掉電保 護(hù)功能，微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器（74273）和一片40（74175）觸發(fā)器組成。微 地址寄存器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（7

2、474）組成，它們帶有清“0”端和預(yù)置端。 在不判別測試的情況下，T2時(shí)刻打入微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng) T4時(shí) 刻進(jìn)行測試判別時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。在該實(shí)驗(yàn)電路中設(shè)有一個(gè)編程開關(guān)（位于實(shí)驗(yàn)板右上方），它具有三種狀態(tài)：PROM （編 程）、READ（校驗(yàn)）、RUN（運(yùn)行）。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)微地址和微指令格 式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器 2816中。當(dāng)處于“校驗(yàn)狀態(tài)”時(shí)，可以對寫入控 制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而可以判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運(yùn) 行狀態(tài)”時(shí)，只要給出微程序

3、的入口微地址，則可根據(jù)微程序流程圖自動(dòng)執(zhí)行微程序。圖 中微地址寄存器輸出端增加了一組三態(tài)門，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力， 并用來驅(qū)動(dòng)微地址顯示燈。ccr便;c39*43rMHV ;匕詈nG -iSE a8Is I u-fc -T I呵PhkhlIi i_ IsswsEBoinn圖10微程序控制器原理圖(B)微指令格式微指令字長共24位，其控制位順序如圖所示。232221201918-1514-1211-98-65-0M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA011微指令格式A字段141312選擇/000NOP001LDA010LDB011LDR0100保留1

4、01保留110保留111LDIRB字段11109選擇000NOP001ALU-B010R0-B011保留100保留101保留110保留111保留876選擇000NOP001P 010保留011保留100保留101保留110保留111保留C字段為6位的后續(xù)微地址，A，B，C為三個(gè)譯碼字段，分制器單元微地址鎖存器的強(qiáng)置端輸出。MA-MAo別由三個(gè)控制位譯碼出多個(gè)微命令。C字段中的P 是測試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn) 行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn) 微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行，。圖中I7 一 I2為 指令寄存器的第7-2位輸出，SE5-SEO為微程序控(C)二進(jìn)制代碼

5、表二進(jìn)制微代碼表0000 00 010000000000000000000000010100 70 700000000001110000011100000400 24 050000000000100100000001010504 B2 010000010010110010000000013000 14 040000000000010100000001003218 30 010001100000110000000000013328 04 010010100000000100000000013500 00 35000000000000000000110101將全部微程序按照指令格式變成二進(jìn)制微代碼

6、可得上表實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 按照實(shí)驗(yàn)接線圖連接好實(shí)驗(yàn)線路，并且檢查線路，確保無誤。2. 對微控器的讀寫操作(1)手動(dòng)讀寫(2)聯(lián)機(jī)讀寫3. 運(yùn)行微程序(1)本機(jī)運(yùn)行(2)聯(lián)機(jī)運(yùn)行這次實(shí)驗(yàn)安排了四條機(jī)器指令，分別為 ADD(0000 0000)、IN(0010 0000)、OUT(0011 0000)和HLT(0101 0000)，括號(hào)中為各指令的二進(jìn)制代碼，指令格式如下：IN00100000ADD00000000OUT00110000HLT01010000INRO OUTR0+R0 R0助記符機(jī)器指令說明停機(jī)實(shí)驗(yàn)中機(jī)器指令由CON單元的二進(jìn)制開關(guān)手動(dòng)給出，其余單元的控制信號(hào)均 由微控制器自動(dòng)產(chǎn)生，為

7、此可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路圖，見圖3-2-8所示。幾 條機(jī)器指令對應(yīng)的參考微程序流程圖如圖 3-2-9所示。圖中一個(gè)矩形方框表示 一條微指令，方框中的內(nèi)容為該指令執(zhí)行的微操作，右上角的數(shù)字是該條指令的微地址，右下角的數(shù)字是該條指令的后續(xù)微地址，所有微地址均用16進(jìn)制表示。 向下的箭頭指出了下一條要執(zhí)行的指令。PIR, P B;A 加 B-R0;R0-A;IN-R0;RO-OUT;NOP;/* End Of MicroCo ntroller Data * /3. 運(yùn)行微程序運(yùn)行時(shí)也分兩種情況：本機(jī)運(yùn)行和聯(lián)機(jī)運(yùn)行。1）本機(jī)運(yùn)行 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開關(guān) KK1、KK3置為運(yùn)行檔，按動(dòng)CON單元的C

8、LR按 鈕，將微地址寄存器（MAR清零，同時(shí)也將指令寄存器（IR）、ALU單元的暫存器A和 暫存器B清零。 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開關(guān) KK2置為單拍檔，然后按動(dòng) ST按鈕，體會(huì)系統(tǒng) 在T1、T2、T3、T4節(jié)拍中各做的工作。T2節(jié)拍微控器將后續(xù)微地址（下條執(zhí)行的微 指令的地址）打入微地址寄存器，當(dāng)前微指令打入微指令寄存器，并產(chǎn)生執(zhí)行部件相應(yīng) 的控制信號(hào)；T3、T4節(jié)拍根據(jù)T2節(jié)拍產(chǎn)生的控制信號(hào)做出相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作，如果測試 位有效，還要根據(jù)機(jī)器指令及當(dāng)前微地址寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng) 的微地址入口，實(shí)現(xiàn)微程序的分支。 按動(dòng)CON單元的CLR按鈕，清微地址寄存器（MAR等，并將時(shí)序

9、與單元的開關(guān) KK2 置為單步檔。五、 置IN單兀數(shù)據(jù)為00100011，按動(dòng)ST按鈕，當(dāng)MC單兀后續(xù)微地址顯示為 000001時(shí)，在CON單元的SD27-SD20模擬給出IN 指令00100000并繼續(xù)單步執(zhí)行， 當(dāng)MC單元后續(xù)微地址顯示為000001時(shí)，說明當(dāng)前指令已執(zhí)行完；在 CON單元的SD27- SD20給出ADD指令00000000，該指令將會(huì)在下個(gè) T3被打入指令寄存器（IR）, 它將R0中的數(shù)據(jù)和其自身相加后送 R0 ;接下來在CON單元的SD27-SD20給出OUT 指令00110000并繼續(xù)單步執(zhí)行，在 MC單元后續(xù)微地址顯示為 000001時(shí)，觀查OUT 單元的顯示值是否

10、為 01000110。2）聯(lián)機(jī)運(yùn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入軟件界面，在菜單上選擇【實(shí)驗(yàn)】-【微控器實(shí)驗(yàn)】，打開本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)通路圖，也可以通過工具欄上的下拉框打開數(shù)據(jù)通路圖，數(shù)據(jù)通路圖如圖3-2-8 所示。將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開關(guān) KK1、KK3置為運(yùn)行檔，按動(dòng)CON單元的總清開關(guān)后， 按動(dòng)軟件中單節(jié)拍按鈕，當(dāng)后續(xù)微地址（通路圖中的 MAR為000001時(shí)，置CON單元 SD27-SD20產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)器指令，該指令將會(huì)在下個(gè)T3被打入指令寄存器（IR），在后面的節(jié)拍中將執(zhí)行這條機(jī)器指令。仔細(xì)觀察每條機(jī)器指令的執(zhí)行過程，體會(huì)后續(xù)微地 址被強(qiáng)置轉(zhuǎn)換的過程，這是計(jì)算機(jī)識(shí)別和執(zhí)行指令的根基。也可以打開微程序流程

11、圖， 跟蹤顯示每條機(jī)器指令的執(zhí)行過程。按本機(jī)運(yùn)行的順序給出數(shù)據(jù)和指令，觀查最后的運(yùn)算結(jié)果是否正確。4.思考題解答對于思考題還需要運(yùn)用到前面的靜態(tài)存儲(chǔ)器的知識(shí)，需要將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的控制單元的 （IOW/IOR位置與存儲(chǔ)器上對應(yīng)的（IOW/IOR）位置連上。然后編寫聯(lián)機(jī)文件如下：;/*；/；/；/ /*/；/* Start Of MicroController Data*/$M 00 000001; NOP$M 01 007070; CON（INS）-IR, P *38 081001 $M 36 200401 $M 37 103001 $M 04 002405 $M 05 04B201 $M 30

12、001404 $M 32 183001 $M 33 280401 $M 35 000035/指令文件/;IO-AR;Ro-M;M-Ro;R0-B;A 加 B-R0;R0-A;IN-R0;R0-OUT;NOP;/* End Of MicroC on troller Data * /結(jié)論:第一個(gè)實(shí)驗(yàn)輸入：R0 00100011( 23)理論輸出：R0 =04000110(46)實(shí)際輸出：R0 =01000110(46)思考題實(shí)驗(yàn)輸入：R0 =00011(23)MEN 00000011理論輸出：R0 -=00100011+00000011=00100110( 26)實(shí)際輸出：R0 =00100110（ 26）六、實(shí)驗(yàn)心得:本次實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)組成原理的第三次實(shí)驗(yàn)， 相比于前兩次來說難度稍微大一些，而且綜合性稍強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)中自己和同伴出現(xiàn)了許多問題，但是最終在老師的指導(dǎo)下和與同學(xué)的討論下，實(shí)驗(yàn)最終基本上順利的完成。經(jīng)過本次實(shí)驗(yàn)，自己對于計(jì)算機(jī)組成原理這