計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告3微程序控制器實(shí)驗(yàn)稻谷書苑

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。二. 實(shí)驗(yàn)方案：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

2、器觀測(cè)時(shí)序信號(hào)，測(cè)量，ts1,ts2,ts3,ts4信號(hào)的方法如下：(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）。 (2) 將switch unit 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state unit中的插座，即可測(cè)出時(shí)鐘的波形。 （6）探頭一端接實(shí)驗(yàn)儀左上角的ch2，另一端接state unit中的ts1插座，即可測(cè)出ts1的波形；（7）探頭一端接實(shí)

3、驗(yàn)儀左上角的ch1，另一端接state unit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state unit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state unit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e2prom 2816a. 將編程開關(guān)（mj20）置為prom（編程）狀態(tài)；b. 將實(shí)驗(yàn)板上state unit 中的step置為step狀態(tài)，stop置為run狀態(tài)，switch unit中clr開關(guān)

4、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(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e2prom 2816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e2prom 2816。 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state unit 中的step置為step狀態(tài)，stop置為run狀態(tài)，switch unit中clr開

5、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)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e2prom 2816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)，“switch unit”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-

6、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(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”“111100”“111111”，可以發(fā)現(xiàn)ua5-ua0燈從010000變?yōu)?10011，這表示下一個(gè)

7、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；1

8、0、 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、 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： cpu 周期ts1ts2ts3ts4時(shí)鐘脈沖與ts1、ts2、ts3、ts4脈沖的波形，比較時(shí)鐘脈沖與ts1、ts2、ts3、ts4脈沖的相互關(guān)系：時(shí)鐘脈沖的一個(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）pcar

9、;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(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）rambus;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，

10、做好取下一條機(jī)器指令的準(zhǔn)備。3）rambus,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，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）r0dr1: 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，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

11、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+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(hào)，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(hào)的作用：j 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。j 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

12、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。j 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。j 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。j 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。j 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

13、,r1,r2的選通輸出譯碼。六.結(jié)論：j 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。七.問題與討論：j 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)，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。八.實(shí)驗(yàn)總結(jié)：j 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，

14、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。j 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)老師查看指正。九.思考題：j 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）。j s3,s2,s1,s0,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

15、同起到選擇alu進(jìn)行哪種運(yùn)算。j 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。j 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)。j 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。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(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)