微程序控制器组与微程序设计实验报告
3_11实验五微程序控制器的组成与实现实验 王伟
新疆师范大学计算机科学技术学院实验报告专业：软件工程课程名称：计算机组成原理班级: 14-3班姓名: 王伟学号: 211 实验地址:_数理楼２楼_实验时间：2016．11.21 指导教师签字: 成绩：实验五微程序控制器的组成与实现实验1.实验目的和要求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。
2．主要仪器设备ＥL-JY－II 型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。
3．实验原理通过控制k1,k２，k3,k４的值来控制是写还是读微地址微命令,若是即K1 off、K2 ofｆ、K3 on则为读,若即K１ｏff、K2 ｏn、K3 ofｆ、K4 off则为写。
4.操作方法与实验步骤Ⅰ、单片机键盘操作方式实验进行单片机键盘控制实验时,必须把Ｋ4 开关置于“OFF”状态,否则系统处于自锁状态，无法进行实验。
1．实验连线：实验连线图如图４-11 所示。
连线时应按如下方法:对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上;对于竖排座,应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
2. 写微代码:将开关K1Ｋ2K3Ｋ4拨到写状态即K1 ｏff、Ｋ2 on、Ｋ3 off、K4 oｆf，其中K1、Ｋ2、K3 在微程序控制电路，K4 在２４位微代码输入及显示电路上。
在监控指示灯滚动显示【ＣLASS SELＥCt】状态下按【实验选择】键,显示【ＥS－-_＿】输入０4 或4，按【确认】键，显示为【ES0４】,表示准备进入实验四程序，也可按【取消】键来取消上一步操作重新输入。
再按下【确认】键，显示为【ＣtL１=_】,表示对微代码进行操作。
输入１显示【ＣtL1_１】，表示写微代码，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。
按【确认】显示【U-Addr】,此时输入【００0０0０】６位二进制数表示的微地址，然后按【确认】键，监控指示灯显示【U_ＣodE】,显示这时输入微代码【000001】,该微代码是用6 位十六进制数来表示前面的２4 位二进制数，注意输入微代码的顺序，先右后左，此过程中可按【取消】键来取消上一次输入,重新输入。
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)。
微程序控制器组与微程序设计实验报告
微程序控制器组与微程序设计实验报告实验目的：1.了解微程序控制器组的组成和工作原理；2.掌握微程序设计的基本方法；3.学习使用微程序设计语言进行微程序编写；4.验证微程序的功能和正确性。
实验仪器：1.微程序控制器组；2.计算机。
实验原理：实验步骤：1.设计微指令集：根据实验要求，设计微指令的功能，并确定每个微指令的格式和编码方式。
2.设计微程序地址译码器：根据微指令的编码方式，设计地址译码器，将微指令的编码转化为实际的地址。
3.设计微程序存储器：根据微指令的格式和编码方式，设计存储器，存储微指令。
可以选择使用只读存储器或者随机存储器。
4.设计微指令执行器：根据微指令的格式和编码方式，设计执行器，执行微指令的功能操作。
可以使用组合逻辑电路或者微控制器实现。
5.进行微程序编写：使用微程序设计语言，根据微指令集的功能要求，编写微程序，并存储到微程序存储器中。
6.连接实验仪器：将微程序控制器组和计算机连接起来，确保数据传输的正确性。
7.运行实验程序：根据实验要求，执行微程序，并通过计算机输出结果。
实验结果：经过实验，微程序控制器组成功控制了计算机的各个部件的操作和数据流。
微程序设计也能够正确的控制计算机的运行，并输出了预期的结果。
实验总结：通过本次实验，我对微程序控制器组的组成和工作原理有了更深入的了解。
微程序设计是一种灵活、可扩展的指令级程序设计方法，可以根据需求设计出各种功能强大的微程序。
通过实验，我学会了使用微程序设计语言进行微程序编写，并验证了微程序的功能和正确性。
微程序控制器组的应用范围广泛，不仅可以用于计算机中，还可以应用于其他各种控制系统中。
本次实验让我对计算机控制系统的理论和实践有了更深入的了解，提高了我在计算机控制领域的专业技能。
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。
微程序实验报告
微程序实验报告微程序实验报告概述：微程序是一种指令执行的方式，它将指令集的操作分解为一系列微操作，通过微指令控制器逐步执行。
本次实验旨在通过设计和实现一个简单的微程序，深入理解微程序的工作原理和应用。
实验目的：1. 理解微程序的基本概念和原理；2. 学习如何设计和实现一个简单的微程序；3. 掌握微程序在指令执行过程中的作用和优势。
实验过程：1. 确定微指令集的操作和控制信号：根据实验要求，我们选择了一些常见的指令，如加法、减法、乘法等，并为每个指令定义了相应的微操作和控制信号。
2. 设计微指令控制器：根据微指令集的操作和控制信号，我们设计了一个简单的微指令控制器，用于逐步执行指令。
控制器包括状态寄存器、微指令存储器和控制逻辑电路等组件。
3. 实现微程序：根据设计的微指令控制器，我们编写了相应的微程序。
微程序是一系列微操作的有序序列，通过控制信号的变化逐步执行指令。
4. 运行实验样例：我们选择了几个实验样例，分别测试了加法、减法和乘法指令的执行过程。
通过观察指令执行的结果，验证了微程序的正确性和有效性。
实验结果：通过实验，我们成功设计和实现了一个简单的微程序，并验证了其在指令执行过程中的作用和优势。
微程序能够将复杂的指令集操作分解为一系列微操作，使得指令的执行过程更加灵活和高效。
结论：微程序是一种重要的指令执行方式，通过将指令集的操作分解为微操作，能够提高指令执行的效率和灵活性。
本次实验使我深入理解了微程序的工作原理和应用，掌握了微程序的设计和实现方法，为进一步研究和应用微程序打下了良好的基础。
展望：微程序作为一种重要的指令执行方式，在计算机体系结构和指令集设计中有着广泛的应用前景。
未来，我将进一步研究微程序的优化方法和应用场景，探索微程序在提高计算机性能和节约能源方面的潜力。
同时，我也期待能够参与更多的微程序设计和实现项目，不断提升自己在计算机体系结构领域的研究能力和创新能力。
总结：通过本次实验，我深入了解了微程序的工作原理和应用，掌握了微程序的设计和实现方法。
微程序控制器原理实验报告
微程序控制器原理实验报告一、引言微程序控制器作为计算机系统的重要组成部分，扮演着指挥和控制计算机操作的关键角色。
本实验报告将对微程序控制器的原理进行探讨，并描述相关实验的设计、步骤、结果和分析。
二、微程序控制器的原理2.1 微程序控制器的概念微程序控制器是一种控制计算机操作的技术，通过将指令集中的每个指令分解为一系列微操作，并以微指令的形式存储在控制存储器中，从而实现指令的执行控制。
2.2 微指令的组成和格式微指令由多个字段组成，每个字段代表一个微操作控制信号。
常见的微指令格式包括微地址字段、条件码字段、操作码字段等。
2.3 微指令的执行过程微指令的执行过程包括指令的取指、译码、执行和写回等阶段。
每个阶段对应微指令的不同部分，通过控制信号的转换和传递，完成相应的操作。
三、微程序控制器的设计与实验3.1 设计思路在进行微程序控制器实验前，需要明确实验的目标和设计思路。
实验通常包括以下几个步骤：确定指令集、确定微指令格式、设计控制存储器、设计控制逻辑电路等。
3.2 实验步骤1.确定指令集：根据实验需求，确定需要支持的指令集。
2.确定微指令格式：根据指令集的要求，设计适合的微指令格式。
3.设计控制存储器：根据微指令格式，设计控制存储器的结构和内容。
4.设计控制逻辑电路：根据微指令的执行过程，设计控制逻辑电路，实现指令的控制和转换。
5.构建实验平台：将设计的控制存储器和控制逻辑电路构建成实验平台，并与计算机系统相连。
6.进行实验：在实验平台上执行指令，观察和记录实验结果。
3.3 实验结果与分析根据实验步骤中的设计和操作，得到了相应的实验结果。
通过比对实验结果和预期效果，可以对微程序控制器的设计和实验进行分析和评估。
四、总结与展望微程序控制器作为计算机系统的关键组成部分，通过微操作的方式实现指令的执行控制。
本实验报告对微程序控制器的原理进行了探讨，并描述了相关实验的设计、步骤、结果和分析。
通过实验，我们深入理解了微程序控制器的工作原理和设计方法。
计算机组成原理实验报告三微程序控制器实验
微程序控制器实验报告一、实验目的(1)掌握微程序控制器的功能、组成知识。
（2）掌握为程序的编制、写入、观察微程序的运行二、实验设备：PC机一台，TD-CM3+实验系统一套三、实验原理：微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件的为命令序列，完成数据传送和个汇总处理操作，他的执行方法是将控制各部件的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照及其指令一眼，用数字代码的形式表示，这种表示陈伟微指令。
这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种为指令序列称作为程序。
微程序存储在一种专用的存储器中，成为控制储存器四、实验步骤1.对为控制器进行读写操作：（1）手动读写：①按图连线：②将MC单元编程开关置为“编程”档，时序单元状态开关置为“单步”档，ADDR 单元状态开关置为“置数”档③使用ADDR单元的低六位SA5…SA0给出微地址MA5…MA0，微地址可以通过MC 单元的MA5…MA0微地址灯显示④CON单元SD27…SD20，SD17…SD10，SD07…SD00开关上置24位微代码，待写入值由MC单元的M23…M024位LED灯显示⑤启动时序电路（按动一次TS按钮），即将微代码写入到E2PROM2816的相应地址对应单元中⑥重复③④⑤三步，将下图微代码写入2816芯片中二进制代码表（2）联机读写：①将微程序写入文件，联机软件提供了微程序下载功能，以代替手动读写微控制器，但微程序得以指定的格式写入本次试验的微程序如下：：//************************************************************// :// // :// 微控器实验指令文件 // ：// // ：//************************************************************// ：//***************Start Of MicroController Data****************//$M 00 000001;NOP$M 01 007070;CON(INS)->IR,P<1>$M 04 002405;R0->A$M 05 04B201;R0->B$M 30 001404;A加B->RO$M 32 183001;IN->R0$M 33 280401;R0->OUT$M 35 000035;NOP;//***************End Of MicroController Data*******************// ②写入微程序用联机软件的“【转存】-【装载数据】”功能将改格式文件装载入试验系统。
微程序控制器实验报告
一、实验目的1、通过实验,进一步理解微程序控制器的组成结构。
理解微程序控制器的控制原理2、加深理解微程序控制器的工作原理。
掌握指令流程与功能3、理解掌握微程序控制器的设计思路与方法二、实验内容与步骤1、微程序控制器的组成原理控制存储器：实现整个指令系统的所有微程序，一般指令系统是规定的由高速半导体存储器构成，容量视机器指令系统而定，取决于微程序的个数，其长度就是微指令字的长度。
微指令寄存器：存放从控存读出的当前微指令。
微操作控制字段将操作控制信号送到控制信号线上，微地址字段指出下一条微地址的形成。
微地址寄存器：存放将要访问的下一条微指令地址地址转移逻辑：形成将要执行的微指令地址，形成方式：取指令公操作所对应的微程序一般从控存的0地址开始，所以微程序的人口地址0是由硬件控制的。
当出现分支时，通过判别测试字段、微地址字段、和执行部件的反馈信息形成后即微地址。
Cpu设计步骤：1.拟定指令系统2.确定总体结构（数据通路）3.安排时序4.拟定指令流程。
根据指令系统，写出对应所有机器指令的全部微操作机器节拍安排，然后列出操作时间表5.确定微指令的控制方式、下地址形成方式、微指令格式及微指令字长，编写全部的微指令的代码，最后将编写的微指令放入控制存储器中。
微程序控制器的设计步骤（1）设计微程序确定微程序流程图，也就是控制算法流程图。
（2）确定微指令格式微指令格式中的操作控制字段取决于执行部件的子系统需要多少微指令。
假定采用直接控制方式，执行部件需要10个微命令，则操作控制字段需要10位。
测试判别字段取决于微程序流程图中有多少处分支转移。
假定有3处分支，则测试判别字段需要3位。
下址字段取决于微程序流程图的规模。
假定微程序共用50条微指令，则下址字段至少需要6位。
这是因为ROM地址译码时，26=64，6位地址可容纳64条微指令。
（3）将微程序编译成二进制代码（4）微程序写入控制存储器（5）设计硬件电路三、实验现象--CPU 头文件cpu_defsLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;PACKAGE cpu_defs IS --定义程序包，包头，包体TYPE opcode IS (load, store, add, sub, bne); --这个语句适合于定义一些用std_logic 等不方便定义的类型，综合器自动实现枚举类型元素的编码，一般将第一个枚举量（最左边）编码为0 CONSTANT word_w: NATURAL :=8;CONSTANT op_w: NATURAL :=3;CONSTANT rfill: STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 downto 0):=(others =>'0');--FUNCTIOn slv2op(slv:IN STD_LOGIC_VECTOR) RETURN opcode;FUNCTION op2slv(op:in opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR;END PACKAGE cpu_defs;PACKAGE BODY cpu_defs ISTYPE optable IS ARRAY(opcode) OF STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);--数组有5个元素，其他均0CONSTANT trans_table:optable :=("000", "001", "010", "011", "100");FUNCTION op2slv(op:IN opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR ISBEGINRETURN trans_table(op);END FUNCTION op2slv;END PACKAGE BODY cpu_defs;--实验7-8 微程序控制器实验LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL,IEEE.NUMERIC_STD.ALL;USE WORK.CPU_DEFS.ALL;--使用自己定义的程序包ENTITY CPU ISPORT( clock : IN STD_LOGIC;--时钟reset : IN STD_LOGIC;--复位mode : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); --查看用mem_addr : INUNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);--地址output : OUT STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);data_r_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0);--微指令Rop_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);--操作码add_r_out : OUT UNSIGNED(4 DOWNTO 0) --微地址R);END ENTITY;ARCHITECTURE rtl OF CPU ISTYPE mem_array IS ARRAY (0 TO 2**(word_w-op_w)-1) OF STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1DOWNTO 0);--定义RAMSIGNAL mem : mem_array;CONSTANT prog : mem_array:=(0=> op2slv(load) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(4,word_w-op_w)),1=> op2slv(add) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(5,word_w-op_w)),2=> op2slv(store) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(6,word_w-op_w)),3=> op2slv(bne) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(7,word_w-op_w)), --TO_UNSIGNED转换函数将4转换为5位“00100”4=> STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(2,word_w)),5=> STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(3,word_w)),OTHERS => (OTHERS =>'0'));TYPE microcode_array IS ARRAY (0 TO 14) OF STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0); CONSTANT code : microcode_array:=(--控制存储器0=> "00010100010000000001",1=> "00000000000110000010",2=> "00001010000000000011",3=> "00000100001000001111",4=> "00100010000000000000",5=> "00000000000100000000",6=> "00000010100001000000",7=> "00000010100000100000",8=> "00000000000110000100",9=> "01000001000000000101",10=> "00000000000110000110",11=> "00000000000110000111",12=> "00000000000110010000",13=> "10000010000000000000",14=> "00000000000000000000");SIGNAL count : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL op : STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL z_flag : STD_LOGIC;SIGNAL mdr_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL mar_out : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL IR_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL acc_out : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL sysbus_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);EGINPROCESS(reset,clock)VARIABLE instr_reg : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE acc : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0);CONSTANT zero : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0):=(OTHERS =>'0')VARIABLE mdr : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE mar : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE sysbus : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE microcode : microcode_array;VARIABLE add_r : UNSIGNED(4 DOWNTO 0);VARIABLE data_r : STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0);VARIABLE temp : STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);BEGINIF reset='0' THENadd_r:=(OTHERS =>'0');count <= (OTHERS =>'0');instr_reg := (OTHERS =>'0');acc := (OTHERS =>'0');mdr := (OTHERS =>'0');mar := (OTHERS =>'0');z_flag <='0';mem <= prog;sysbus :=(OTHERS =>'0');ELSIF RISING_EDGE(clock) THEN--microprogram controllerdata_r := code(TO_INTEGER(add_r));IF data_r(4 DOWNTO 0)="01111" THEN --判断下地址temp:="01" & op(2 DOWNTO 0);add_r := UNSIGNED(temp);ELSIF data_r(4 DOWNTO 0)="10000" THENIF z_flag='1' THENadd_r:="01110";ELSEadd_r :="01101";END IF;ELSEadd_r := UNSIGNED(data_r(4 DOWNTO 0));END IF;data_r_out <=data_r;add_r_out <= add_r;--PCIF data_r(16)='1' THEN --PC_bus='1'sysbus := rfill & STD_LOGIC_VECTOR(count);END IF;IF data_r(19)='1' THEN --load_PC='1'count <= UNSIGNED(mdr(word_w-op_w-1 DOWNTO 0));ELSIF data_r(10)='1' THEN --INC_PC='1'count <= count+1;ELSEcount <= count;END IF;--IRIF data_r(15)='1' THEN --load_IRinstr_reg := mdr;END IF;IF data_r(9)='1' THEN --Addr_bus='1'sysbus := rfill & instr_reg(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);END IF;op <= instr_reg(word_w-1 DOWNTO word_w-op_w);IR_out <= instr_reg;op_out <=op;--ALUIF data_r(17)='1' THEN --load_ACC='1'acc:=UNSIGNED(mdr);END IF;IF data_r(11)='1' THEN --ALU_ACC='1'IF data_r(6)='1' THEN --ALU_add='1'acc := acc + UNSIGNED(mdr);ELSIF data_r(5)='1' THEN --ALU_sub='1'acc := acc - UNSIGNED(mdr);END IF;END IF;IF data_r(18)='1' THEN --ACC_bus='1'sysbus := STD_LOGIC_VECTOR(acc);END IF;IF acc=zero THENz_flag <='1';ELSEz_flag <='0';END IF;acc_out<= acc;--RAMIF data_r(14)='1' THEN --load_MAR='1'mar := UNSIGNED(sysbus(word_w-op_w-1 DOWNTO 0));ELSIF data_r(12)='1' THEN --load_MDR='1'mdr := sysbus;ELSIF data_r(8)='1' THEN --CS='1'IF data_r(7)='1' THEN --R_NW='1'mdr := mem(TO_INTEGER(mar));ELSEmem(TO_INTEGER(mar))<=mdr;END IF;END IF;IF data_r(13)='1' THEN --MDR_bus='1'sysbus:=mdr;END IF;mdr_out <= mdr;mar_out <= mar;END IF;sysbus_out <=sysbus;END PROCESS;PROCESS(mode,mem_addr)BEGIN--mode=0 -> sysbus--mode=1 -> PC--mode=2 -> result of ALU--mode=3 -> IR--mode=4 -> MAR--mode=5 -> MDR--mode=6 -> memoutput <= (OTHERS =>'0');CASE mode isWHEN "000" =>output<=sysbus_out;WHEN "001" =>output(word_w-op_w-1 DOWNTO 0)<= STD_LOGIC_VECTOR(count);WHEN "010" =>output <= STD_LOGIC_VECTOR(acc_out);WHEN "011" =>output <= IR_out;WHEN "100" =>output(word_w-op_w-1 DOWNTO 0) <= STD_LOGIC_VECTOR(mar_out);WHEN "101" =>output <= mdr_out;WHEN "110" =>output <= mem(TO_INTEGER(mem_addr));WHEN others =>output <= (OTHERS =>'Z');END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE;现象结果：四、实验体会原本对于控制器的设计还是一片空白，通过实验初步理解微程序控制器的组成结构。
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微程序控制器的组成见图3-2-2，其中控制存储器采用3片2816的E2PROM，具有掉电保护功能，微 命令寄存器18位，用两片8D触发器（273）和一片4D（175）触发器 组成。微地址寄存器6位，用三片 正沿触发的双D触发器（74）组成，它们带有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2时刻打入
高8位到低8位递减，减至低8位后，再按动两次开关ST，微地址会自动减一，继续对下一个单元的操
作。
微指令字长共24位，控制位顺序如表3-2-1:
表
23
22
21
20
19
1M23
M22
WR
RD
IOM
S3-S0
A字段
B字段
C字段
MA5-MA0
A、B、C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。
数学学院实验报告
课程名称：计算机组成原理
实验项目名称：微程序控制器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。
（2）掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。
二、实验设备与器件
PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
三、实验原理
微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件 逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。它的执行方法就是将控制各部件动作的微 命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微
次按动时序与操作台单元的开关ST（第一次按动后MC单元低8位 显示该单元以前存储的数据，第二次
按动后显示当前改动的数据），此时MC单元的指示灯MA5——MA0显示当前地址（000000）,M7——M0显示当前数据（00010001）。然后将KK5拨至’加1'档，IN单元开关给出该控存单元数据的中8位
储器）的操作大多集中在一个地址连续的存储空间中，实验平台提供了便利的手动操作方式。以向00H
单元中写入332211为例，对于控制存储器进行编辑的具体操作步骤如下：首先将KK1拨至’停止’档、KK3
拨至’编程’档、KK4拨至’控存’档、KK5拨至’置数’档，由CON单元的SD05――SD00开关给出 需要编辑的控存单元首地址（000000）,IN单元开关给出该控存单元数据的低8位（00010001）,连续两
指令。这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。微程序存储在一种 专用的存储器中，称为控制存储器，微程序控制器原理框图如图3-2-1所示。
图
控制器是严格按照系统时序来工作的，因而时序控制对于控制器的设计是非常重要的，从前面的实验 可以很清楚地了解时序电路的工作原理，本实验所用的时序由时序单元来提供，分为四拍TS1、TS2、TS3、
元的指示灯MA5——MA0显示当前地址（000000），M23——M16显示当前数据（00110011）。此时被编辑 的控存单元地址会自动加1（01H），由IN单元开关依次给出该控存单元数据的低8位、中8位和高8位
配合每次开关ST的两次按动，即可完成对后续单元的编辑。
CON单元置地址
（000000 ）
微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负
脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。
图
在实验平台中设有一组编程控制开关KK3、KK4、KK5（位于时序与操作台单元），可实现对存储器
（包括存储器和控制存储器）的三种操作：编程、校验、运行。考虑到对于存储器（包括存储器和控制存
IN单元置数据低8位
（00010001 ）
■
IN单元置数据中8位
（00100010 ）
■
IN单元置数据高8位
（00110011 ）
■
■
‘SD05-SD00=000000、
IN= 00010001
KK1=停止
KK3=编程
KK4=控存
KK5=置数
/\
IN= 00100010
KK1=停止
KK3=编程
KK4=控存
字段中 的P<1>为测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址
入口，从而实现完成对指令的识别，并实现微程序的分支，本系统上的指令译码原理如图3-2-3所示，图
中17…I2为指令寄存器的第7…2位输出，SE5…SEO为微控器单元微地址锁存器的强置端输出，指令译码
KK5=力M
\ST=nn/
/ \
IN= 00110011
KK1=停止
KK3=编程
KK4=控存
KK5=加1\st=nn/
\st=nn/
编辑完成后需进行校验，以确保编辑的正确。以校验00H单元为例，对于控制存储器进行校验的具体
操 作步骤如下：首先将KK1拨至‘停止’档、KK3拨至‘校验’档、KK4拨至‘控存’档、KK5拨至 '置数’档。由CON单元的SD05――SD00开关 给出需要校验的控存单元地址（000000），连续两次按动
该单元的数据后再进行校验，直至确认输入的微代码全部准确无误为止，完成对微指令的输入。
位于实验平台MC单元左上角一列三个指示灯MC2、MC1、MC0用来指示当前操作的微程序字段，分
别对应M23――M16、M15——M8、M7——M0。实验平台提供了比较灵活的手动操作方式，比如在上述 操作中在对地址置数后将开关KK4拨至’减1'档，则每次随着开关ST的两次拨动操作，字节数依次从
开关ST，MC单元指示灯M7――M0显示该单元低8位数据（00010001）;KK5拨至 ’加1'档，再连续 两次按动开关ST，MC单元指示灯M15――M8显示该单元中8位数据（00100010;再连续两次按动开关ST，MC单元指示灯M23——M16显示该单元高8位数据（00110011）。再连续两次按动开关ST，地址加1，MC单元指示灯M7M0显示01H单元低8位数据。如校验的微指令出错，则返回输入操作，修改
（00100010，连续两次按动开关ST，完成对 该控存单元中8位数据的修改，此时MC单元的指示灯MA5――MA0显示当前地址（000000），M15——M8显示当前数据（00100010）;再由IN单元开关给出该控存 单元数据的高8位（00110011），连续两次按动开关ST，完成对该控存单元高8位数据的修改此时MC单