多思计算机组成原理实验四微程序控制器实验
实验四 常规型微程序控制器组成实验
实验四常规型微程序控制器组成实验一、实验目的1.掌握时序发生器的组成原理.2.掌握微程序控制器的组成原理。
二、实验电路1.时序发生器本实验所用的时序电路见图3。
4.电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10、一片74LS390组成,可产生两级等间隔时序信号T1-T4、W1-W3，其中一个W由一轮T1—T4组成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍，而一轮W1—W3可以执行硬连线控制器的一条机器指令.另外，供数字逻辑实验使用的时钟由MF经一片74LS390分频后产生.图3。
4 时序信号发生器本次实验不涉及硬连线控制器，因此时序发生器中产生W1—W3的部分也可根据需要放到硬连线控制器实验中介绍.产生时序信号T1-T4的功能集成在图中左边的一片GAL22V10中，另外它还产生节拍信号W1-W3的控制时钟CLK1。
该芯片的逻辑功能用ABEL语言实现.其源程序如下: MODULE TIMER1TITLE 'CLOCK GENERATOR T1—T4’CLK = 。
C.;"INPUTMF，CLR，QD，DP, TJ，DB PIN 1。
6；W3 PIN 7;”OUTPUTT1，T2，T3, T4 PIN 15。
18 ISTYPE 'REG';CLK1 PIN 14 ISTYPE ’COM'；QD1，QD2，QDR PIN ISTYPE 'REG’;1ACT PIN ISTYPE ’COM’;S = ［T1，T2, T3，T4，QD1，QD2，QDR］；EQUATIONSQD1 := QD;QD2 ：= QD1;ACT = QD1 & ！QD2;QDR ：= CLR & QD ＃CLR ＆QDR;T1 ：= CLR & T4 ＆ACT # CLR & T4 & ! (DP ＃TJ # DB ＆W3) ＆QDR；T2 := CLR & T1；T3 ：= CLR ＆T2；T4 := ！CLR # T3 ＃T4 & ！ACT ＆(DP ＃TJ# DB＆W3) # ！QDR；CLK1 = T1 # !CLR & MF；S。
实验四 微程序控制器实验
3、TEC-XP 教学机的微指令格式
TEC-XP 教学机的微指令共 48 位，由 16 位的下址字段和 32 位的操作控制字段形成， 其格式如图 4-3 所示。
图 4-3
TEC-XP 教学机的微指令格式
（1）下址字段 a) 8 位的微下址 用于给出下一条将要执行的微指令的地址。 微程序顺序执行， 即把已增 1 后的微指 令地址作为下地址 b) 4 位的测试控制码 CI3～0 用于决定微程序中的微指令寻址方式（顺序寻址、跳跃寻址） 。本实验中只使用到 0000（初始化，使微下址=0） 、0010（指令功能分支，做 MAPROM 映射） 、0011 （条件转移，由 SCC 决定是否转移） 、1110（顺序寻址，将当前微地址加 1 作为微 下址）这四个命令码。
图 4-4
TEC-XP 教学机的数据通路与微命令
实验步骤
请根据每个步骤的详细要求，完成本实验内容。
1、设定工作方式
接通 TEC-XP 教学机的电源，将功能开关拨为 11010，即设为单步、手动执行指令，使 用微程序控制器，联机操作。
2、验证 A 组基本指令——加法指令 ADD R0,R1 的微程序
根据如下所示的 ADD 指令格式，可得到指令 ADD R0 , R1 的机器代码为 00000000 00000001，其中高 8 位为 ADD 指令的操作码（详见代码表 4-1） ，接下来的两个 4 位分别对 应 R0 和 R1 寄存器。
先按下 RESET 按键，复位系统，然后通过 16 位的数据开关 SW 拨入指令代码，再按 下 RESET 按键，此时指示灯 Microp 亮，其它灯全灭。 注意：在本实验中，选择的是微程序控制器，Microp 指示灯会一直点亮。 由附录图 4-5 所示的基本指令流程可知，加法指令 ADD R0 , R1 的整个指令周期包含 6 个 CPU 周期，其中前 3 个 CPU 周期是取指阶段，所有指令都是一样的，第 4 个 CPU 周期 用于指令操作码的地址映射，第 5 个 CPU 周期完成加法指令的功能，第 6 个 CPU 周期用于 判断是否需要执行中断周期， 从而决定该加法指令执行结束后的流向。 该加法指令的微程序 如表 4-6 所示。 在完成以上设置后，接下来每次按下 START 按键，控制器就会执行一条微指令，请在 实验前看懂以下微指令，在实验中验证每条微指令，并记录每条微指令执行时微地址、微 下址指示灯的状态。
计算机组成原理-微程序控制器实验报告
计算机组成原理实验之微程序控制器实验一、实验目的1．掌握时序发生器的组成原理。
2．掌握微程序控制器的组成原理。
二、实验内容1．实验电路（1）时序发生器电路本实验所用的时序电路见图4.1。
电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10、一片74LS390组成，可产生两级等间隔时序信号T1-T4、W1-W3，其中一个W由一轮T1-T4组成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍，而一轮W1-W3可以执行硬连线控制器的一条机器指令。
另外，供数字逻辑实验使用的时钟由MF经一片74LS390分频后产生。
图4.1 时序信号发生器（2）微程序控制器电路图4.2微程序控制器电路微地址转移逻辑表达式:A5＝D5＝μA5；A4＝D4＝C•P2+μA4；A3＝D3＝IR7•P1+μA3；A2＝D2＝IR6•P1+SWC•P0+μA2；A1＝D1＝IR5•P1+SWB•P0+μA1；A0＝D0＝IR4•P1+SWA•P0+μA0。
2．一些关键技术（1）微指令格式图4.3微指令格式（3）上述8条指令的微程序流程图如图4.4所示图4.4微程序流程图（4）微程序代码表表4-2微程序代码表微指令KT RRF WRF RRM WRM PR当前微地址00 0C 1E 06 07 0B 1D 0D 0E 0A 02 03 09 04 05 08 0F 下一微地址08 1E 06 07 1E 1D 0D 0E 1D 02 03 02 04 05 04 0F 10P0 1 . . . . . . . . . . . . . . . .P1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1P2 . . . . . . . . . . . . . . . . .备用. . . . . . . . . . . . . . . . .TJ . 1 . . 1 1 . 1 1 . 1 . 1 . 1 . .LDIR . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1PC+1 . . . . . . . . . . . . . . . . .LDPC# . 1 . . . 1 . . . . . . . . . 1AR+1 . . . . . . . . . . . 1 . . 1 . .LDAR# . 1 . . . 1 . . . 1 . . 1 . . . . LDDR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . LDDR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . LDRi . . . . . . . . 1 . . . . . . . .SW_BUS# . 1 1 . . 1 1 . 1 1 . . 1 1 . 1 . RS_BUS# . . . . 1 . . . . . . . . . . . . ALU_BUS# . . . . . . . . . . . . . . . . . RAM_BUS# . . . . . . . . . . 1 . . . . . . CER# . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1 CEL# . . 1 . . . 1 . . . 1 . . 1 . . . LR/W# . . 0 . . . 0 . . . 1 . . 0 . . . Cn# . . . . . . . . . . . . . . . . .M . . . . . . . . . . . . . . . . .S0 . . . . . . . . . . . . . . . . .S1 . . . . . . . . . . . . . . . . .S2 . . . . . . . . . . . . . . . . .S3 . . . . . . . . . . . . . . . . .表4-2微程序代码表(续)微指令ADD SUB AND STA LDA JC STP OUT当前微地址10 18 11 19 12 1A 13 1B 14 1C 15 1F 16 17 下一微地址18 0F 19 0F 1A 0F 1B 0F 1C 0F 0F 0F 0F 0FP0 . . . . . . . . . . . . . .P1 . . . . . . . . . . . . . .P2 . . . . . . . . . . 1 . . .备用. . . . . . . . . . . . . .TJ . . . . . . . . . . . . 1 1LDIR . . . . . . . . . . . . . .PC+1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 1 . 1 1LDPC# . . . . . . . . . . . 1 . .AR+1 . . . . . . . . . . . . . .LDAR# . . . . . 1 . 1 . . . . .LDDR1 1 . 1 . 1 . 1 . . . . . . .LDDR2 1 . 1 . 1 . . . . . . . . .LDRi . 1 . 1 . 1 . . . 1 . . . .SW_BUS# . . . . . . . . . . . . . .RS_BUS# . . . . . . 1 . 1 . . 1 . 1ALU_BUS# . 1 . 1 . 1 . 1 . . . . . .RAM_BUS# . . . . . . . . . 1 . . . .CER# . . . . . . . . . . . . . .CEL# . . . . . . . 1 . 1 . . . .LR/W# . . . . . . 0 . 1 . . . .Cn# . . . 1 . . . . . . . . . .M . 0 . 0 . 1 . 0 . . . . . .S0 . 1 . 0 . 1 . 0 . . . . . .S1 . 0 . 1 . 1 . 0 . . . . . .S2 . 0 . 1 . 0 . 0 . . . . . .S3 . 1 . 0 . 1 . 0 . . . . . .注：后缀为＃的信号都是低电平有效信号，为了在控存ROM中用“1”表示有效，这些信号在控制器中经过反相后送往数据通路。
实验四 微程序控制器实验.
南京工程学院计算机工程学院计算机组成与结构实验报告书实验学生班级K网络工程121实验学生姓名王云峰学号*********实验地点信息楼A115实验四微程序控制器实验同组同学李翔240121515朱赛杰240121533 实验日期12月11日一、实验目的1.掌握微程序控制器的组成及工作过程，初步掌握TEC-XP+机的数据通路。
2.理解动态微程序设计的概念，初步掌握在TEC-XP+机上设计及实现新指令的步骤。
3.从指令的微操作序列层次上理解指令的执行过程，明确指令的格式及寻址方式，初步掌握TEC-XP+机微指令的格式及各字段的含义。
二、实验内容1.理解基本指令（ADC、LDRA、CALR）的格式、数据通路、微程序流程和微指令各字段的含义，使用手拨开关输入机器指令，在单步运行方式下，观察和记录实现各指令的微码；2.理解扩展指令（ADC、LDRA、CALR）的格式、数据通路、微程序流程和微指令各字段的含义，使用手拨开关输入机器指令，在单步运行方式下，观察和记录实现各指令的微码；3.设计验证程序，验证扩展指令(ADC、LDRA、CALR）并记录验证结果。
三、实验步骤与结果1.设计新指令步骤(1).明确指令格式及功能(2).数据通路(3).画微程序流程图(4).微程序代码化---微码(5).将微码加载到微控存中(6).验证2. 运行结果【1】选择基本指令的A 组指令中的ADD指令，观察其节拍流程<1>置拨动开关SW=00000000 00000001；（表示指令ADD R0，R1 ）<2>按RESET按键；指示灯Microp亮（只要选择微程序，该灯在指令执行过程中一直亮），其它灯全灭；<3>按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示1110 0000，微址和下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作0→PC、DI#=0）<4>按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示 1110 0000，微址指示灯显示0000 0001，下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作PC→AR、PC+1→PC）<5>按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示 1110 0000，微址指示灯显示0000 0010，下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作MEM→IR）<6>以上三步为公共操作，其它指令同；<7>按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示 0010 0000，微址指示灯显示0000 0011，下址的指示灯显示0000 0100；（本拍完成/MAP操作功能）<8>按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示 0011 0000，微址指示灯显示0000 0100，下址的指示灯显示0011 0000 (本拍执行ADD指令，DR←DR+SR 操作)。
实验四 微程序控制器实验
1、掌握微程序控制器的组成原理；
2、掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行；
3、为整机实验打好基础。
实验原理：
实验所用的时序电路原理可以参考时序实验。由于时序电路的内部线路已经连好（时序电路的CLR已接到实验板中下方的CLR清零开关上），所以只需将时序电路与方波信号源连接即可。
1、微程序控制电路
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实验四 微程序控制器的组成与微程序设计实验(12-14)
3片74HC74 ， 片 锁存6位微地址 位微地址， 锁存 位微地址， 该地址可以外 部输入或内部 产生
LOAD LDAR LDPC P(4) P(3) P(2) P(1) AR INTA PC_G ALU_G 299_G RI_G RD_G RS_G
LDIR
LDRI
LDDR1
LDDR2
M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24
实验四 微程序控制器的组成 与微程序设计实验
一、实验目的
1、掌握微程序控制器的组成原理。 、掌握微程序控制器的组成原理。 2、掌握微程序的编制、写入，观 、掌握微程序的编制、写入， 察微程序的运行。 察微程序的运行。 3、为整机实验打好基础。 、为整机实验打好基础。
二、实验内容
编制微程序并观察其运行过程。 编制微程序并观察其运行过程。
TS1
4-D上升 上升 沿触发器
CK
SP03拨到 拨到 STEP位 位 置，单步 通过调节 电位器 RW1改 改 变频率
CLR
STEP1
图1-10 时序电路原理图
表1 TS1-TS4脉冲信号产生时序
D1= /(D2+D3+D4) = /D2/D3/D4 Q1/D2 Q2/D3 （ D2= / Q1 ）（D3=Q2） ） Q3/D4 （D4=Q3） ） Q4
2、读出写入的5个单元数据，同写入的进行 、读出写入的 个单元数据 个单元数据， 比较，检查是否正确。 比较，检查是否正确。
检查第1操作数 检查第 操作数
输入存储器地址。 输入存储器地址。第一循环00H,第二 第一循环 第二 循环01H,…. 循环 记录读出的存储器 各单元数据。 各单元数据。第一 循环00H单元 第二 单元,第二 循环 单元 循环01H单元 单元,….。 循环 单元 。 同写入的做比较
计算机组成原理实验报告3--微程序控制器实验
计算机组成原理实验报告3--微程序控制器实验计算机组成原理实验报告3--微程序控制器实验实验三微程序控制器实验⼀.实验⽬的与要求：实验⽬的：1.理解时序产⽣器的原理，了解时钟和时序信号的波形；2.掌握微程序控制器的功能，组成知识；3.掌握微指令格式和各字段功能；4.掌握微程序的编制，写⼊，观察微程序的运⾏，学习基本指令的执⾏流程。
实验要求：1.实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过的控制信号的作⽤；2.按练习⼀要求完成测量波形的操作，画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并测出所⽤的脉冲Ф周期。
按练习⼆的要求输⼊微指令的⼆进制代码表，并单步运⾏五条机器指令。
⼆.实验⽅案：按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查⽆误后可接通电源。
1.练习⼀：⽤联机软件的逻辑⽰波器观测时序信号，测量Ф，TS1,TS2,TS3,TS4信号的⽅法如下：(1) TATE UNIT 中STOP开关置为“RUN”状态（向上拨），STEP开关置为“EXEC”状态（向上拨）。
(2) 将SWITCH UNIT 中右下⾓CLR开关置为“1”(向上拨）。
(3) 按动“START”按钮，即可产⽣连续脉冲。
（4）调试”菜单下的“显⽰逻辑⽰波器窗⼝，即可出现测量波形的画⾯。
（5）探头⼀端接实验仪左上⾓的CH1，另⼀端接STATE UNIT中的Ф插座，即可测出时钟Ф的波形。
（6）探头⼀端接实验仪左上⾓的CH2，另⼀端接STATE UNIT中的TS1插座，即可测出TS1的波形；（7）探头⼀端接实验仪左上⾓的CH1，另⼀端接STATE UNIT中的TS2插座，即可测出TS2的波形。
（8）将红⾊探头⼀端接实验仪左上⾓的CH1，另⼀端接STATE UNIT中的TS3插座，即可测出TS3的波形。
（9）将红⾊探头⼀端接实验仪左上⾓的CH1，另⼀端接STATE UNIT中的TS4插座，即可测出TS4的波形。
2.观察微程序控制器的⼯作原理：①关掉实验仪电源，拔掉前⾯测时序信号的接线；②编程写⼊E2PROM 2816A.将编程开关（MJ20）置为PROM（编程）状态；B.将实验板上STATE UNIT 中的STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态；C.在右上⾓的SWITCH UNIT中UA5-UA0开关上置表3.2中某个要写的微地址；D.在MK24-MK1开关上置表3.2中要写的微地址后⾯的24位微代码，24位开关对应24位显⽰灯，开关置为1时灯亮，为0时灯灭；E.启动时序电路，即将微代码写⼊到E2PROM 2816的相应地址对应的单元中；F.重复C-E步骤，将表 3.2的每⼀⾏写⼊E2PROM 2816。
实验四---微程序控制器原理实验
2015 年 5 月 24 日课程名称：计算机组成原理实验名称：微程序控制器原理实验班级：学号：姓名：指导教师评定：_________________ 签名：_____________________一、实验目的：1．掌握微程序控制器的组成及工作过程；2．通过用单步方式执行若干条微指令的实验，理解微程序控制器的工作原理。
二、预习要求：1．复习微程序控制器工作原理；2．预习本电路中所用到的各种芯片的技术资料。
三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。
四、电路组成：微程序控制器的原理图见图4-1（a）、4-1（b）、4-1（c）。
图4-1（a）控制存储器电路图4-1（b）微地址形成电路图4-1（c）微指令译码电路以上电路除一片三态输出8D触发器74LS374、三片EFPROM2816和一片三态门74LS245，其余逻辑控制电路均集成于EP1K10内部。
28C16、74LS374、74LS245芯片的技术资料分别见图4-2~图4-4.图4-2（a）28C16引脚图4-2（b） 28C16引脚说明工作方式/CE /OE /WE输入/输出读后备字节写字节擦除写禁止写禁止输出禁止L L HH ××L H LL12V L××H× L ×× H ×数据输出高阻数据输入高阻高阻高阻高阻图4-2（c）28C16工作方式选择图4-5（a）74LS374引脚图4-5（b）74LS374功能图4-8（a）74LS245引脚图4-8（b）74LS245功能五、工作原理：1．写入微指令在写入状态下，图4-1（a）中K2须为高电平状态，K3必须接至脉冲/T1端，否则无法写入。
MS1-MS24为24位写入微代码，由24位微代码开关（此次实验采用开关方式）。
uA5-uA0为写入微地址，采用开关方式则由微地址开关提供。
K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址（如图4-1（b）所示），同时写脉冲将24位微代码写入当前微地址中（如图4-1（a）所示）。
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实验四.. .微程序控制器实验。
1.-实验目的。
.
(1)掌握微程序控制器的组成原理和工作过程。
(2)理解微指令和微程序的概念，理解微指令与指令的区别与联系。
(3)掌握指令操作码与控制存储器中微程序的对应方法，熟悉根据指令操作码从控制存储
器中读出微程序的过程。
2.+实验要求。
(1)做好实验预习，看懂电路图，熟悉实验元器件的功能特性和使用方法。
u
(2)按照实验内容与步骤的要求，认真仔细地完成实验。
(3)写出实验报告。
3.-实验电路。
. . ..本实验使用的主要元器件有: 4位数据锁存器74LS175,2KX8EPROM2716，时序发生器,或门、与门、开关、指示灯等。
芯片详细说明请见附录。
图1为实验电路图，其中3片EPROM2716构成控制存储器，1片74LS175为微地址寄
存器，与74LS175数据输入引脚相连的输入信号线及6个门电路构成了地址转移逻辑。
注.意，2716输出信号中带后缀“#"的信号为低电平有效信号，不带后缀“#”的信号为高电平有效信号。
为简化电路结构，本实验没有使用微命令寄存器，并且在虚拟实验系统中，将3片EPROM组合为-一个虚拟EPROM组件。
本实验使用的EPROM和时序发生器一-样，均为虚拟实验系统提供的虚拟组件。
（5）答：000001101000000111100001 000001100000010110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000 000001101100000110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000 000001101100000110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000（6）
（7）
04 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1
05 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0
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