組成原理實驗三

計算機組成原理實驗課程

實驗三微指令系統(tǒng)實驗實驗目的：1.讀出系統(tǒng)已有的微指令，并理解其含義。2.設計并實現(xiàn)微指令系統(tǒng)。教學目標1.了解譯碼器、微指令結構的基本工作原理。2.學習設計微指令的方法。一.背景知識（1）微指令構造

①譯碼器：前兩次實驗的每一項操作都是通過人工設置電鍵ki的位置——Ki編碼，然后給出一個CK脈沖來完成。如果有一個器件能給出對應與每個操作的ki編碼，這個器件就可以代替我們來為操作譯碼——產生控制信號，這個器件就是指令譯碼器，也叫控制器。

常見的控制器有兩種：用組合邏輯電路實現(xiàn)控制信號的邏輯電路結構和用存儲器實現(xiàn)控制信號的微程序結構。前者將在《在系統(tǒng)編程技術及應用》課程中學習。這里學習后者。

②微指令：把一個操作的控制總線編碼放在一個存儲單元中，同時給出調用這個單元的方法（例如：這個單元的地址），則對使用者而言，這個調用方法等價于控制總線編碼本身，二者都稱為微指令（不同場合具體指向不同或沒有區(qū)別）。例如：在實驗二的舉例中有控制總線具體連線為：控制電鍵k9k8k7k6k4k3k2k1k0被控對象OUTENX2X1X0S2S1S0WENAEN一.背景知識（2）對于操作：“ACH送入寄存器A”有ki編碼：111111110，假定將其存入一個地址為F3H的隨意選取的存儲器單元中，且可以用“讀F3”的方式取出這個內容并送上控制總線，則“讀F3”和111111110是這個操作的微指令，這兩個表達形式等價。③操作序列的形式化表述：同理：把操作“BDH送入寄存器W”的ki編碼111111101存入隨意選取的FDH地址單元；操作“A－W”的ki編碼111100111存入隨意選取的B2H地址單元；操作“直通門D的內容送OUT寄存器”的編碼0100111111存入DCH地址單元。則實驗二舉例中的操作序列可以用微指令的形式符號表述為：一.背景知識（3）自然語言表述③ACH送入寄存器A。④BDH送入寄存器W。⑤計算A－W。⑥D的內容送OUT。微指令表述③111111110④111111101⑤111100111⑥010011111微指令表述③讀F3。④讀FD。⑤讀B2。⑥讀DC?；颌?/p>

實驗箱的微指令系統(tǒng)：制造廠的工程師根據(jù)這個實驗箱的功能、部件數(shù)量、必須的基本操作等要求，給它安排了24條控制線——控制總線寬度為24。相應地，每條微指令有24位、微程序存儲器的每個地址也必須是24位的存儲單元。于是廠家把3片8位存儲器的對應地址并接在一起，構成一個24位的存儲器。具體連接見下圖1。于是，每選中一個地址，就有24位控制信號送上控制總線。一.背景知識（4）A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0Wc23c16

c15c8c7C0μPC7μPC6μPC5μPC4μPC3μPC2μPC1μPC0XRDEMWREMRDPCOEEMENIRENEINTELPMARENMAROEOUTENSTENRRDRWRCNFENX2X1X0WENAENS2S1S0Vcc手動A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0WA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0W6116RAM×3程序控制圖1圖1中，系統(tǒng)用了8條地址線，故最多可以放256條微指令。這個計算機實際上只有36條微指令。它們散布在這256個地址中，散布規(guī)律待下次課介紹。圖1中3個6116的“寫使能”端由兩種控制方式，在手動方式下，它們都接Vcc，所以不能寫入，這意味著不能在手動方式下編寫微指令；在程序（自動）方式下，由程序控制，可以寫入數(shù)據(jù)——編制微指令。開機時系統(tǒng)自動寫入廠家編制的微指令系統(tǒng)。一.背景知識（5）A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0Wc23c16

c15c8c7C0μPC7μPC6μPC5μPC4μPC3μPC2μPC1μPC0XRDEMWREMRDPCOEEMENIRENEINTELPMARENMAROEOUTENSTENRRDRWRCNFENX2X1X0WENAENS2S1S0Vcc手動A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0WA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0W6116RAM×3程序控制序號微指令地址序號微指令地址序號微指令地址1234567891011127fbff7b7bf9fc6ffffc77fffc7fbffc7ffefc7fff7cbffffcbffffd6bfffd7bfefd7bff79189a4948c2c7c03ebe6575131415161718192021222324ef7f7ffcff5ffeff3ffeff5fff77ffff9f9fffdf9fffef7ffff7effff7f7fffb9ffffcb7bcecb9cc8495c4bd607080d0252+627282930313233343536fffcd7fffe90fffe91fffe92fffe93fffe94fffe95fffe96fffeb7fffed7ffff17ffffffd41131665d214ae4d8dcc01一.背景知識（6）⑤

微指令匯總及在微程序存儲器中的一個地址：在微程序存儲器中多個地址中存著同一條微指令，表中只給出了其中的一個地址。一.背景知識（7）⑥

實驗箱微程序存儲器的地址控制：實驗箱微程序存儲器的地址由兩片可預置初值的四位二進制計數(shù)器構成，稱作微指令計數(shù)器μPC，連線如圖2。其工作方式為：當CEP和CET＝00時，計數(shù)器保持不變。PE(IREN)=0時，在CK的上升沿，把P0～P3引腳的值打入計數(shù)器。由于上邊161的P0和P1接地，所以打入的初地址最后兩位總是00。當PE=1時，在CK上升沿，上邊161加一。當它加到1111值時，其TC為1，使下片161的CEP和CET為1，下片進入計數(shù)有效狀態(tài)。計數(shù)為其他值時TC為0。當上邊的161為1111值時，下一個CK脈沖，使上片的計數(shù)值變?yōu)?000，下片加1，然后上片的TC＝0。

IBUS的值由程序存儲器輸出，進而由PC值決定，不能用電鍵輸入，這個問題下次課討論。P0Q0P1Q1P2Q2P3Q3CEPCETCLKPETCMRIBUS2IBUS3CkIRENRSTVccμPC0μPC1μPC2μPC3P0Q0P1Q1P2Q2P3Q3CEPCETCLKPETCMRIBUS6IBUS7μPC4μPC5μPC6μPC7IBUS4IBUS5161161圖2⑦實驗臺小鍵盤使用四個主菜單，用TV/ME鍵切換

觀察內部寄存器；

觀察和修改程序存儲器；

觀察和修改微程序存儲器；

手動狀態(tài)。一.背景知識（8）μPCPCAW00000000內部寄存器TV按EMAdrdata00程序存儲器按μEMAdrMHMMML00微程序存儲器按Hand…

J1J3ORJ2J3

手動狀態(tài)按TVTVTV⑨

μEM狀態(tài)操作：進入μEM狀態(tài)后，液晶屏顯示如下圖，閃動光標在Adr下，送入μEM（微指令寄存器）地址后，閃動光標跳到MH下，送入微指令的高字節(jié)后，閃動光標跳到MM下，送入微指令的中字節(jié)后，閃動光標跳到ML下，送入微指令的低字節(jié)，則一條微指令送入微指令寄存器的指定地址單元。若在送入μEM的地址后，按NX鍵，則液晶屏顯示該地址單元中已存貯的微指令值，但這時并不把這個值送上控制總線。即控制總線無改變。再按NX就顯示下一個地址單元的微指令值。按LS鍵顯示上一個地址單元的微指令。一.背景知識（9）μEMAdrMHMMML

00

二.實驗任務1.觀察微指令寄存器地址為31H單元的內容；分析其控制功能；驗證該功能是否實現(xiàn)。2.編制一條微指令實現(xiàn)“A非”運算后右移一位的值送OUT；把這條微指令放入微程序寄存器的32H單元；驗證它的功能是否實現(xiàn)。(假設A=33H，W=11H，1和2兩題連起來做）三.

實驗過程舉例

實驗任務：編制一條微指令實現(xiàn)“A＋W”后右移一位的值送OUT；把這條微指令放入微程序寄存器的03H單元；驗證它的功能是否實現(xiàn)。第一步、規(guī)劃實驗要點：1.該操作對應的微指令編碼：由下圖知：“A＋W”運算對應的控制總線編碼為：c2c1c0＝000；“右移一位的值送數(shù)據(jù)總線”對應的控制總線編碼為：c7c6c5=101；“數(shù)據(jù)總線值打入送OUT寄存器”對應的控制總線編碼為：c13=0。這操作的微指令編碼：c23~c0=1111111111011110

10111000=FFDEB8H

c23c16

c15c8c7c0μPC7～μPC0XRDEMWREMRDPCOEEMENIRENEINTELPMARENMAROEOUTENSTENRRDRWRCNFENX2X1X0WENAENS2S1S0Vcc手動

A0～A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0W程序控制

A0～A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0W

A0～A7A8A9A10CED7D6D5D4D3D2D1D0W第二步、安排實驗步驟：1.初始化系統(tǒng)（Reset)，進入微程序存儲器模式(μEM狀態(tài))，用NX鍵觀察00H，01H，02H和03H地址中原有的微指令。2.因為這條指令要放入03單元，為避免00，01和02地址中的指