计算机组成原理54 微程序控制器
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。
白中英第五版计算机组成原理第5章
计算机组成原理
共一百零六页
（1）加法(jiāfǎ)
“ADD R2，R0”
PC→AR
取指
M→DR
DR→IR
PCo，G，ARi
R/W=R DRo，G，IRi
PC→AR M→DR DR→IR
（2）减法(jiǎnfǎ) “SUB R1，R3”
PCo，G，ARi
R/W=R
DRo，G，IRi
R2→Y
R0→X
计算机组成原理
运行标志
(biāozhì)触 发器Cr
◆ 当计算机启动时，一定 要从第1个节拍脉冲前沿 开始工作。
◆ 停机时一定要在第4个 节拍脉冲结束后关闭时 序产生器。
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5.3.3 控制(kòngzhì)方式
控制器的控制方式：控制不同(bù tónɡ)操作序列时序信号的方法。
1. 同步控制方式
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MOV指令(zhǐlìng)的指令(zhǐlìng)周期——取指
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MOV指令的指令周期(zhōuqī)——执行
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play
5.2.3 LAD指令(zhǐlìng)的指令(zhǐlìng)周期
LAD R1, 6是一条(yī tiáo)RS指令
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5.3 时序产生器和控制(kòngzhì)方式
[思考]
用二进制码表示的指令和数据都放在内存里， 那么CPU是怎样(zěnyàng)识别出它们是数据还是指令呢?
从时间上来说:
◆ 取指发生在指令周期的第一个CPU周期;
◆ 取数发生在后面几个CPU周期，即 “执行指令”阶段。
计算机组成原理13-控制器-微程序
微程序控制器的组成框图
指令的OP与微程序入口的可能映射方式及比较 指令的OP OP与微程序入口的可能映射方式及比较 OP就是指令微程序的入口地址 或高几位) OP就是指令微程序的入口地址(或高几位) 就是指令微程序的入口地址(
OP 01000 10001 11001
01000 . . 10001 . . 11001
微指令格式
水平型微指令 垂直型微指令 混合型微指令
（1）垂直型微指令 一条微指令定义并执行一种基本操作。 一条微指令定义并执行一种基本操作。 优点： 微指令短、简单、规整，便于编写微程序。 优点： 微指令短、简单、规整，便于编写微程序。 缺点： 微程序长，执行速度慢；工作效率低。 缺点： 微程序长，执行速度慢；工作效率低。 （2）水平型微指令 一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。 一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。 优点： 微程序短，执行速度快。 优点： 微程序短，执行速度快。 缺点： 微指令长，编写微程序较麻烦。 缺点： 微指令长，编写微程序较麻烦。
CPU周期与微指令周期的关系 CPU周期与微指令周期的关系
机器指令与微指令的关系
一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释执行 一条机器指令对应一段微程序，
机器指令与内存M有关，微指令与控制存储器CM有关 机器指令与内存M有关，微指令与控制存储器CM CM有关
每个CPU周期对应一条微指令 每个CPU CPU周期对应一条微指令
(IR(AD)) MAR , M(R); (MBR) ALU , ALU AC ; IRo , MARi , R; S0S1(直送), MBRo , S0S1(直送), ACi 直送
4 2 PCo PCi M 1 P
P S W
A ACi ALU C
计算机组成原理 微程序控制器实验
深圳大学实验报告课程名称：操作系统实验项目名称：微程序控制器实验学院：计算机与软件学院专业：软件工程指导教师：报告人：学号：班级：实验时间：实验报告提交时间：教务处制一、实验目的：通过看懂教学计算机中已经设计好并正常运行的数条基本指令（例如，ADD、MVRR、OUT、MVRD、JR、RET等指令）的功能、格式和执行流程，然后自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。
其最终要达到的目的是：1．深入理解计算机微程序控制器的功能、组成知识；2．深入地学习计算机各类典型指令的执行流程；3．对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念；4．学习微程序控制器的设计过程和相关技术。
二、实验要求1．实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体设计内容，否则实验效率会特别低，一次实验时间根本无法完成实验任务，即使基本做对了，也很难说学懂了些什么重要教学内容；2．应在实验前掌握所有控制信号的作用，在脱机运算器实验中，已给出了与运算器有关的控制信号的作用，16 位机微程序控制器用到的控制信号的功能表可参见《技术说明与实验指导》的相关内容。
需要注意的是中断用到了DC23，在T4~T0= 0 0010一拍时DC23为1，其余节拍均为0；3．实验过程中，应认真进行实验操作，既不要因为粗心造成短路等事故而损坏设备，又要仔细思考实验有关内容，提高学习的主动性和创造性，把自己想不太明白的问题通过实验理解清楚，争取最好的实验效果，力求达到教学实验的主要目的；4．实验之后，应认真思考总结，写出实验报告，包括实验步骤和具体实验结果，遇到的主要问题和分析与解决问题的思路。
大家应该认识到，遇到一些问题是好事情，通过分析与解决这些问题，才提高了自己的工作能力，学习到更多的知识。
还未理解清楚，但实验结果正确了就匆忙结束实验，并没有达到教学实验的目的。
实验报告中，还应写出自己的学习心得和切身体会，也可以对教学实验提出新的建议等。
计算机组成原理实验报告微程序控制器实验
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。
微程序控制器的工作原理
微程序控制器的工作原理
微程序控制器是一种计算机控制系统，通过微程序来实现指令的执行和计算机的操作。
其工作原理可分为以下几个步骤：
1. 指令译码：微程序控制器首先从内存中获取指令，然后通过指令译码器将指令转换为微操作码。
微操作码是微程序控制器内部使用的一种指令格式，它描述了具体的操作和数据流向。
2. 微程序寻址：微程序控制器根据微操作码寻址内部的微程序存储器。
微程序存储器中存储了一系列微程序，每个微程序对应一条机器指令的执行步骤。
通过寻址，微程序控制器能够定位到当前指令对应的微程序。
3. 微操作执行：微程序控制器通过执行微程序中的微操作来完成指令的执行。
微操作是微程序中的最小执行单位，它可以是一条简单的数据传输、计算、逻辑运算等操作。
通过逐个执行微操作，微程序控制器实现了指令的功能。
4. 数据传输：在执行微操作的过程中，微程序控制器需要将数据从寄存器或内存中读取，并将结果写回到寄存器或内存中。
为了实现数据传输，微程序控制器通常会拥有多个数据通路和寄存器，并通过内部的数据总线来完成数据的读写操作。
5. 状态控制：微程序控制器还需要实现对计算机状态的控制。
例如，在执行分支指令时，需要判断条件并根据结果来选择下一条指令的地址。
为了实现状态控制，微程序控制器通常会拥有一组状态寄存器和判断逻辑，并根据状态来更新指令的地址。
通过以上的工作原理，微程序控制器能够实现对指令的执行和控制，从而完成计算机的各种操作。
它具有指令灵活、易于维护和扩展等特点，被广泛应用于各种计算机系统中。
计算机组成原理第四五章答案
期末试卷（四、五、六章）一、选择题（每小题1分）1 单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用（C ）。
A 堆栈寻址方式B 立即寻址方式C 隐含寻址方式D 间接寻址方式2 RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（ D ）。
A 栈顶和次栈顶B 两个主存单元C 一个主存单元和一个通用寄存器D 两个通用寄存器3寄存器间接寻址方式中，操作数在（B ）。
A 通用寄存器B 主存单元C 程序计数器 D 堆栈4 机器指令与微指令之间的关系是（A ）。
A 用若干条微指令实现一条机器指令B 用若干条机器指令实现一条微指令C 用一条微指令实现一条机器指令D 用一条机器指令实现一条微指令5描述多媒体CPU基本概念中，不正确的是（ D ）。
A 多媒体CPU是带有MMX技术的处理器B MMX是一种多媒体扩展结构C MMX指令集是一种多指令流多数据流的并行处理指令D 多媒体CPU是以超标量结构为基础的CISC机器6 流水线中造成控制相关的原因是执行（ A ）指令而引起。
A 条件转移B 访内C 算逻D 无条件转移7 PCI总线是一个高带宽且与处理器无关的标准总线。
下面描述中不正确的是（B ）。
A 采用同步定时协议B 采用分布式仲裁策略C 具有自动配置能力D 适合于低成本的小系统8 同步控制是（ C ）。
A 只适用于CPU控制的方式B 只适用于外围设备控制的方式C 由统一时序信号控制的方式D 所有指令执行时间都相同的方式9 描述PCI总线中基本概念不正确的句子是（CD ）。
A PCI总线是一个与处理器无关的高速外围设备B PCI总线的基本传输机制是猝发式传送C PCI设备一定是主设备D 系统中只允许有一条PCI总线10当前的CPU由（ B ）组成。
A 控制器B 控制器、运算器、cacheC 运算器、主存D 控制器、ALU、主存11流水CPU是由一系列叫做“段”的处理部件组成。
和具备m个并行部件的CPU相比，一个m段流水CPU的吞吐能力是（ D ）。
微程序控制器
微程序控制器简介微程序控制器（Microprogram Controller）是一种用于控制计算机硬件执行指令的微处理器，用来实现指令的解码和执行。
在计算机的内部结构中，微程序控制器位于中央处理器（CPU）内部，起到指挥和控制其他部件工作的功能。
工作原理微程序控制器通过一系列微操作指令来控制计算机硬件执行指令，这些微操作指令是由微指令（Microinstruction）组成的。
每条微指令对应着一条机器指令的执行过程，包括指令的分析、解码、操作数寻址和执行等过程。
微程序控制器内部包含一个存储器单元，称为微存储器（Microstore）。
微存储器中存储了一组微程序，每条微程序对应一条机器指令的执行过程。
当计算机执行某条机器指令时，微程序控制器会从微存储器中读取相应的微程序，并按照微程序中的微指令逐步控制各个硬件部件执行指令。
特点与优势微程序控制器具有以下特点和优势：1.模块化设计：微程序控制器是一个独立的硬件模块，可以灵活地与其他硬件部件组合在一起。
这种模块化设计使得微程序控制器可以根据计算机的需求进行定制和扩展。
2.简化指令执行过程：微程序控制器将复杂的机器指令执行过程分解为一系列微操作指令，这些微操作指令更加细化和简化，使得指令的解码和执行更加高效和可靠。
3.易于调试和修改：微程序控制器的微程序可以通过软件进行编写、调试和修改。
当需要新增或修改指令时，只需要修改微程序，而无需对硬件进行改动。
这种灵活性和可修改性极大地方便了软件开发和系统维护。
4.提高指令执行效率：微程序控制器可以根据指令的特点和执行需求进行优化。
通过使用高效的微指令和微操作指令，可以加速指令的执行速度，提高计算机系统的性能。
应用领域微程序控制器广泛应用于各种计算机系统中，尤其适用于复杂指令集计算机（CISC）架构。
它在操作系统、编译器、数据库、图形处理等领域都有重要的应用。
在操作系统中，微程序控制器负责实现指令的解码和执行，协调各个硬件部件的工作，保证操作系统的正常运行。