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
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。
多思计算机组成原理实验四微程序控制器实验
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 0 105 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 006 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 007 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 014 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 015 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0。
实验四微程序控制器的组成与实现实验
实验四微程序控制器的组成与实现实验一、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：微程序控制器的电路图见图4-1，其中虚线部分电路由EP1K10实现。
本电路由一片三态输出8D触发器74LS374、三片EEPROM2816、一片三态门74LS245和EP1K10集成的逻辑控制电路组成。
28C16、74LS373、74LS245芯片的技术资料分别见图4-2~图4-4。
图4-2（a图4-2（c）28C16工作方式选择图4-1 微控制器部分电路图图4-3（a）74LS374引脚图4-3（b）74LS374功能图4-4（a）74LS245引脚图4-4（b）74LS245功能五、工作原理：1．脉冲源和时序电路：实验所用的脉冲源和时序电路中“脉冲源输出”为时钟信号，f的频率为500KHz，f/2的频率为250KHz，f/4的频率为125KHz，f/8的频率为62.5KHz，共四种频率的方波信号，可根据实验自行选择一种方波信号的频率。
每次实验时，只需将“脉冲源输出”的四个方波信号任选一种接至“信号输入”的“fin”，时序电路即可产生4种相同频率的等间隔的时序信号T1~T4，其关系见图4-9。
电路提供了四个按钮开关，以供对时序信号进行控制。
工作时，如按一下“单步”按钮，机器处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机，波形见图4-9。
利用单步运行方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。
如按一下“启动”按钮，机器连续运行，时序电路连续产生如图4-9的波形。
此时，按一下“停止”按钮，机器停机。
图4-9按动“单脉冲”按钮，“T+”和“T-”输出图4－10的波形：T+T-图4－10各个实验电路所需的时序信号端均已分别连至“控制总线”的“T1、T2、T3、T4”，实验时只需将“脉冲源及时序电路”模块的“T1、T2、T3、T4”端与“控制总线”的“T1、T2、T3、T4”端相连，即可给电路提供时序信号。
实验四 微程序控制器实验
实验四微程序控制器实验实验目的1、深入理解微程序控制器的功能和组成结构；2、学习教学计算机各类指令的指令格式、寻址方式及执行流程；3、学习微程序控制器的设计过程和相关技术。
实验内容1、分析基本指令的执行流程，在教学机上验证其对应的微指令；2、设计几条指令的功能、格式和指令流程，并在教学计算机上进行测试。
实验要求1、实验之前，认真准备，对于该实验的基本原理、微指令格式、以及相关机器指令的微程序等内容预先做好分析和设计；2、实验过程中，应认真进行实验操作，仔细思考实验有关内容，把难点内容通过实验理解清楚，争取最好的实验效果；3、实验之后，应认真思考，写出实验总结，包括实验中遇到的主要问题和分析、解决方法。
实验学时4学时实验原理1、TEC-XP教学机的控制器基本原理TEX-XP教学机中包含组合控制逻辑和微程序控制逻辑两种不同结构的控制器。
本实验中使用的是微程序控制器，与微程序控制器相关的机器结构如图4-1所示。
控制器中使用程序计数器PC跟踪机器指令的执行，使用PC中的内容访存获取机器指令，得到的机器指令送入控制器中的指令寄存器IR暂存，并由微程序控制器分析执行，执行过程中的所有控制信号均由微程序控制器中的微命令寄存器μIR发出。
图4-1 TEC-XP教学机的基本结构TEC-XP教学机的微程序控制器详细内部结构如图4-2所示。
该控制器中包含指令寄存器IR（存放当前执行的指令）、地址映射部件（确定不同指令对应的微程序入口地址）、微程序定序器Am2910（根据微指令中的下址字段和判断测试条件，产生下一条微指令的地址）、条件判定线路（用于微程序流向控制）、控制存储器CM（包含所有的微指令）、微指令寄存器μIR（存放当前微指令的操作控制字段）等部件。
图4-2 微程序控制器内部结构微程序控制器的工作过程是：对于指令寄存器IR中的机器指令，由地址映射部件产生该指令所对应微程序的入口地址，通过Am2910送给控制存储器。
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)。
微程序控制器的组成与微程序设计实验报告
微程序控制器的组成与微程序设计实验报告1.实验目的了解微程序控制器的组成和工作原理，掌握微程序设计方法。
2.实验器材和仪器-计算机-开发板-逻辑门集成电路3.实验过程a.程序设计首先，需要设计微程序控制器所使用的指令集。
本实验选取了一个简单的指令集，包括加载寄存器、存储器和输入输出操作等指令。
b.微指令设计根据指令集的要求，设计相应的微指令。
每个微指令包含了控制信号的信息，用于控制计算机的不同部件。
c.微程序设计根据微指令的设计，设计相应的微程序。
微程序是一系列的微指令的有序序列，用于控制计算机的指令执行。
d.实验搭建根据设计好的微程序，搭建微程序控制器的电路，并将电路与开发板连接。
e.实验验证将编写好的程序加载到存储器中，并通过控制信号监测计算机的运行情况。
验证微程序控制器的设计是否正确。
4.实验结果与分析经过实验验证，微程序控制器能够正常工作，并且能够按照设计好的微程序执行指令集中的各项操作。
通过观察控制信号的变化，可以得出微程序控制器是否正常工作的结论。
5.实验结论本实验以设计一个简单的微程序控制器为目标，通过设计微指令和微程序，并搭建相应的电路，成功实现了微程序控制器的功能。
通过本实验，我对微程序控制器的组成和设计原理有了更深入的了解。
6.实验总结微程序控制器是计算机中的重要组成部分，通过控制信号的变化，实现了对指令执行的控制。
本实验通过设计微指令和微程序，搭建相应的电路，成功实现了微程序控制器的功能。
通过本实验，我不仅对微程序控制器有了更深入的理解，还提高了我对计算机原理的理解能力和动手实践能力。
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
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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.CLK = MF;END节拍电位信号W1-W3只在硬连线控制器中使用，产生W信号的功能集成在右边一片GAL22V10中，用ABEL语言实现。
其源程序如下：MODULE TIMER2 //头部TITLE 'CLOCK GENERATOR W1-W3'DECLARATIONS //说明部CLK = .C.;"INPUTCLK1, CLR, SKIP PIN 1..3;"OUTPUTW1, W2, W3 PIN 16..18 ISTYPE 'REG';W = [W1, W2, W3];EQUATIONS //逻辑描述部W1 := CLR & W3;W2 := CLR & W1 & !SKIP;W3 := !CLR # W2 # W1 & SKIP;W.CLK = CLK1;END TIMER2 //结束部左边GAL的时钟输入MF是晶振的输出，频率为500KHz。
T1-T4的脉宽为2μs。
CLR实际上是控制台的CLR#信号，因为ABEL语言的书写关系改为CLR，仍为低有效。
CLR#＝0将系统复位，此时时序停在T4、W3，微程序地址为000000B。
建议每次实验台加电后，先按CLR#复位一次。
实验台上CLR#到时序电路的连接已连好。
对时序发生器TJ输入引脚的连接要慎重，当不需要暂停微程序的运行时，将它接地；如果需要的话，将它与微程序控制器的输出微命令TJ相连。
QD（启动）是单脉冲信号，在23GAL 中用时钟MF 对它进行了同步，产生QD1和QD2。
ACT 表达式为QD1&!QD2，脉宽为2μs 。
QDR 是运行标志，QD 信号使其置1，CLR#将其置0。
DB （单步）、DP （单拍）是来自实验台的二进制开关模拟信号。
当TJ ＝0、DB ＝0、DP ＝0时，一旦按下QD 键，时序信号T1－T4周而复始的发送出去，此时机器处于连续运行状态。
当DP ＝1、TJ ＝0、DP ＝0时，按下QD 键，机器将处于单拍运行状态，此时只发送一组T1、T2、T3、T4时序信号就停机，此时机器时序停在T4。
利用单拍方式，每次只读出一条微指令，因而可以观察微指令代码以及当前的执行结果。
当机器连续运行时，如果TJ ＝1，也会使机器中断运行，时序停在T4。
DB 、SKIP 、CLK1信号以及W1-W3节拍电位信号都是针对硬连线控制器的。
硬连线控制器执行一条机器指令需要一组W1-W3时序信号。
CLK1是产生W 信号的控制时钟，由左边一片GAL 产生。
DB 信号就是控制每次发送一组W1-W3后停机。
执行某些机器指令不需要一组完整的W 信号，SKIP 信号就是用来跳过本指令剩余的W 节拍信号的。
2. 数据通路微程序控制器是根据数据通路和指令系统来设计的。
这里采用的数据通路是在综合前面各实验的基础上，整合了运算器模块、存储器模块等形成的。
有关数据通路整体的详细说明，请参阅第一章。
3. 微指令格式根据给定的8条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式如图3.5所示。
微指令字长31位，其中顺序控制部分9位：判别字段3位，后继微地址6位。
操作控制字段22位，各位进行直接控制。
μA 0μA 1μA 2μA 3μA 4μA 5备用TJL D I RP C +1L D P C #A R +1L D A R #L D D R 1L D D R 2L D R i S W -B U S #R s -B U S #A L U -B U S #R A M -B U S #C E R #C E L #L R W C n #M S0S1S3S2图3.5 微指令格式对应微指令格式，微程序控制器的组成见图3.6。
控制存储器采用4片E 2PROM （HN58C65）组成，HN58C65是8K ×8位的，地址输入端有13位（A12－A0），实验中只用到A5－A0，所以A12－A6接地，实际的使用空间为64字节。
微地址寄存器μAR 共6位，用一片8D 触发器74LS174组成，带有异步清零端。
两级与、或门构成微地址转移逻辑，用于产生下一微指令地址。
在每一个T1的上升沿，新的微指令地址打入微地址寄存器中，控制存储器随即输出该条微指令的控制信号。
微地址转移逻辑生成下一微地址，等到下一个T1上升沿，将其打入微地址寄存器中。
微地址转移逻辑的多个输入信号中，SWC 、SWB 、SWA 是控制台指令的定义开关，它们用来决定控制台指令微程序的分支。
C 是进位信号，IR7－IR4是机器指令的操作码字段，根据它们的值来控制微程序转向某个特定的分支。
三、机器指令与微程序为教学中简单明了，本实验仪器使用了8条机器指令，均为单字长（8位）指令。
指令功能及格式如表3.3所示。
指令的高4位IR7－IR4是操作码，提供给微程序控制器用作地址转移；低4位提供给数据通路。
SWC SWB SWAC IR7IR6IR5IR4图3.6 微程序控制器电路图应当指出，用这8条指令来编写实际程序是远远不够的。
我们的目的是为了教学，通过执行一些最简单的程序来掌握微程序控制器的工作原理。
上述8条指令的微程序流程图如图3.7所示。
每条微指令可按前述的微指令格式转换成二进制代码，然后写入微程序控制器的控制存储器中。
400KT Array图3.7 微程序流程图微指令代码表根据图3.7的微程序流程图计算出微程序代码比较困难。
为了计算出微程序代码，需要1个各微指令使用的信号表，即代码表。
表3.4 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 0F5下一微地址08 1E 06 07 1E 1D 0D 0E 1D 02 03 02 04 05 04 0F 10 P0 1 . . . . . . . . . . . . . . . .P1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1P2 . . . . . . . . . . . . . . . . .备用. . . . . . . . . . . . . . . . .TJ . 1 . . 1 1 . 1 1 . 1 . 1 . 1 . .LDIR . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1PC+1 . . . . . . . . . . . . . . . . .LDPC# . 1 . . . 1 . . . . . . . . . 1 .AR+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 . . . . . . . . 1CEL# . . 1 . . . 1 . . . 1 . . 1 . . .LR/W# . . 0 . . . 0 . . . 1 . . 0 . . .Cn# . . . . . . . . . . . . . . . . .M . . . . . . . . . . . . . . . . .S0 . . . . . . . . . . . . . . . . .S1 . . . . . . . . . . . . . . . . .S2 . . . . . . . . . . . . . . . . .S3 . . . . . . . . . . . . . . . . .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。