微程序控制器實驗

1、北京科技大學 計算機與通信工程學院實 驗 報 告實驗名稱: 微程序控制器實驗 學生姓名： 專 業(yè): 班 級： 學 號： 指導教師： 實驗成績： 實驗地點： 實驗時間： 年 月 日一、實驗目的與實驗要求1、實驗目的(1) 掌握微程序控制器的組成原理。 (2) 掌握微程序的編制、寫入方法。(3) 觀察并掌握微程序的運行過程。2、實驗要求(1)利用實驗箱和聯(lián)機軟件，觀察使用4條指令編寫的微程序執(zhí)行流程，深入理解微程序控制器的組成原理，并完成其驗證性實驗。(2)在完成加法的驗證實驗后，更改指令，完成減法實驗。 二、實驗設備（環(huán)境）及要求CM3+實驗環(huán)境、Quartus8.0環(huán)境三、實驗內(nèi)容與步驟1、實

2、驗一（1）實驗原理微程序控制器的基本任務是完成當前指令的翻譯和執(zhí)行，即將當前指令的功能轉(zhuǎn)換成可以控制的硬件邏輯部件工作的微命令序列，完成數(shù)據(jù)傳送和各種處理操作。它的執(zhí)行方法就是將控制各部件動作的微命令的集合進行編碼，即將微命令的集合仿照機器指令一樣，用數(shù)字代碼的形式表示，這種表示稱為微指令。這樣就可以用一個由多條微指令組成的序列表示一條機器指令，這種微指令序列稱為微程序。微程序存儲在一種專用的存儲器中，稱為控制存儲器，微程序控制器原理框圖如下圖所示。核心微控器主要是接收機器指令譯碼器送來的代碼，使控制轉(zhuǎn)向相應機器指令對應的首條微代碼程序，對機器指令的功能進行解釋或執(zhí)行的工作。具體來講，就是通過

3、接收CPU指令譯碼器發(fā)來的信號，找到該機器指令對應的首條微代碼的入口微地址，再通過由T1引入的時序節(jié)拍脈沖的控制，逐條讀出微代碼。然后，其中幾位經(jīng)過譯碼，一并產(chǎn)生實驗平臺所需的控制信號，將它們加到數(shù)據(jù)通路中相應的控制位，可對該機器指令的功能進行解釋和執(zhí)行。指令解釋到最后，再繼續(xù)接收下一條機器指令代碼，并使控制轉(zhuǎn)到對應的入口微地址，這樣周而復始，即可實現(xiàn)機器指令程序的運行。微程序控制器原理圖如下。（2）主要步驟實驗接線按下圖連線方式完成實驗箱接線部分。寫入微程序用聯(lián)機軟件的“轉(zhuǎn)儲”->“裝載”功能將該格式（*.TXT ）文件裝載入實驗系統(tǒng)。裝入過程中，在軟件的輸出區(qū)的“結(jié)果”欄會顯示裝載信

4、息，如當前正在裝載的是機器指令還是微指令，還剩多少條指令等。校驗微程序 選擇聯(lián)機軟件的“轉(zhuǎn)儲”->“刷新指令區(qū)”可以讀出下位機所有的機器指令和微指令，并在指令區(qū)顯示。檢查微控器相應地址單元的數(shù)據(jù)是否和下表中的十六進制數(shù)據(jù)相同，如果不同，則說明寫入操作失敗，應重新寫入，可以通過聯(lián)機軟件單獨修改某個單元的微指令，先用鼠標左鍵單擊指令區(qū)的“微存”TAB按鈕，然后再單擊需修改單元的數(shù)據(jù)，此時該單元變?yōu)榫庉嬁?，輸?位數(shù)據(jù)并回車，編輯框消失，并以紅色顯示寫入的數(shù)據(jù)。聯(lián)機運行 聯(lián)機運行時，進入軟件界面，在菜單上選擇“實驗”->“微控器實驗”，打開本實驗的數(shù)據(jù)通路圖。將MC單元的編程開關置為“運

5、行”檔，MEM單元的編程開關也置為“運行”檔，按動CON單元的總清開關后，按動軟件中單節(jié)拍按鈕，當后續(xù)微地址（通路圖中的MAR）為000001時，置CON單元SD27SD20，產(chǎn)生相應的機器指令，該指令將會在下個T2被打入指令寄存器（IR），在后面的節(jié)拍中將執(zhí)行這條機器指令。仔細觀察每條機器指令的執(zhí)行過程，體會后續(xù)微地址被強置轉(zhuǎn)換的過程，這是計算機識別和執(zhí)行指令的根基。也可以打開微程序流程圖，跟蹤顯示每條機器指令的執(zhí)行過程。按本機運行的順序給出數(shù)據(jù)和指令，觀查最后的運算結(jié)果是否正確。減法實驗完成上面的加法實驗后，更改機器指令，使其能完成減法實驗。四：實驗結(jié)果與分析1、實驗一 （1）加法實驗機器

6、指令：; /*/; / /; / 微控器實驗指令文件 /; / /; / By TangDu CO.,LTD /; / /; /*/; /* Start Of Main Memory Data */; /* End Of Main Memory Data */; /* Start Of MicroController Data */ $M 00 000001 ; NOP $M 01 007070 ; CON(INS)->IR, P<1> $M 04 002405 ; R0->B $M 05 04B201 ; A加B->R0 $M 30 001404 ; R0-&g

7、t;A $M 32 183001 ; IN->R0 $M 33 280401 ; R0->OUT $M 35 000035 ; NOP; /* End Of MicroController Data */實驗結(jié)果：（2）減法實驗機器指令：; /*/; / /; / 微控器實驗指令文件 /; / /; / By TangDu CO.,LTD /; / /; /*/; /* Start Of Main Memory Data */; /* End Of Main Memory Data */; /* Start Of MicroController Data */ $M 00 0000

8、01 ; NOP $M 01 007070 ; CON(INS)->IR, P<1> $M 04 002405 ; R0->B $M 05 05B201 ; A減B->R0 $M 30 001404 ; R0->A $M 32 183001 ; IN->R0 $M 33 280401 ; R0->OUT $M 35 000035 ; NOP; /* End Of MicroController Data */實驗結(jié)果：五：結(jié)論（討論）1、實驗結(jié)論利用實驗箱和聯(lián)機軟件，觀察到了微程序指令的操作執(zhí)行流程，完成了其驗證性實驗，深刻理解了微程序控制器的組成原理，掌握了微程序的編制、寫入方法。在此基礎之上，通過更改指令代碼，使其能夠由加法功能變?yōu)闇p法功能，加深了對微程序控制器的理解。2、討論在此次實驗的接線過程中，我接了很