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 10
P0 1 . . . . . . . . . . . . . . . .
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1
P2 . . . . . . . . . . . . . . . . .
备用. . . . . . . . . . . . . . . . .
TJ . 1 . . 1 1 . 1 1 . 1 . 1 . 1 . .
LDIR . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1
PC+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 . . . . . . . . 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 0F
P0 . . . . . . . . . . . . . .
P1 . . . . . . . . . . . . . .
P2 . . . . . . . . . . 1 . . .
备用. . . . . . . . . . . . . .
TJ . . . . . . . . . . . . 1 1
LDIR . . . . . . . . . . . . . .
PC+1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 1 . 1 1
LDPC# . . . . . . . . . . . 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 . 1
ALU_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。
3．实验任务
（1）按实验要求，连接实验台的电平开关K0－K15、时钟信号源和微程序控制器。连接完成后应仔细检查一遍，然后才可以加上电源。
注意：本次实验只做微程序控制器本身的实验，故微程序控制器输出的微命令信号与执行部件（数据通路）的连线不连接。
（2）观察时序信号
注意：接线表中的TJ是时序电路中的TJ，不是控制器中的TJ（该TJ由控制器产生，不能接输入信号），切记勿接错。
（2）时序信号的波形如下所示：
按顺序依次是M,T1：
T2，T3：
T4，W1：
W2，W3：
控制台微代码在58C65的D0—D7输出，D0是最低位，D7是最高位，CM0是最低字节，CM3是最高字节。D0—D7对应于58C65的引脚11、12、13、15、16、17、18、19。对于控存的输出，有相应的32个指示灯指示。
（1）写存储器WRM工作模式
置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 0、SWA = 1，实验系统处于写存储器WRM工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址为00H，测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为09H，测得的微码是00H 08H 84H 04H。按一次QD按钮，微地址为04H，测得的微码是
01H 08H 00H 05H。按一次QD按钮，微地址为05H，测得的微码是00H 00H 44H 04H。按一次QD按钮，微地址为04H。由于微地址又返回04H，停止测试。
（2）读存储器RRM工作模式
置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0，实验系统处于读存储器RRM工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址为00H,测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为0AH，测得的微码是00H 08H 80H 02H。按一次QD按钮，微地址为02H，测得的微码是
03H 40H 04H 03H。按一次QD按钮，微地址为03H，测得的微码是00H 00H 40H 02H。按一次QD按钮，微地址为02H。由于微地址又返回02H，停止测试。
（3）写寄存器WRF工作模式
置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 1、SWA = 1，实验系统处于写寄存器WRF工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址为00H, 测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为0BH，测得的微码是00H 08H A4H 1DH。按一次QD按钮，微地址为1DH，测得的微码是
01H 08H 00H 0DH。按一次QD按钮，微地址为0DH，测得的微码是
00H 80H 0CH 0EH。按一次QD按钮，微地址为0EH，测得的微码是
00H 0CH 04H 1DH。按一次QD按钮，微地址为1DH。由于微地址又返回1DH，停止测试。
（4）读寄存器RRF工作模式
置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 1、SWB = 0、SWA = 0，实验系统处于读寄存器工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址为
00H, 测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为0CH，测得的微码是00H 08H A4H 1EH。按一次QD按钮，微地址为1EH，测得的微码是
01H 08H 00H 06H。按一次QD按钮，微地址为06H，测得的微码是00H 80H 08H 07H。按一次QD按钮，微地址为07H，测得的微码是00H 10H 04H 1EH。按一次QD按钮，微地址为1EH。由于微地址又返回1EH，停止测试。
（5）实验系统处于PR工作模式
置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC=0、SWB = 0、SWA = 0，
实验系统处于PR工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址μA5－μA0为00H。按一次QD按钮，微地址为08H，测得的微码是00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址为0FH，测得的微码是00H 80H 08H 90H。由于以后的微码与机器指令有关，停止测试。
深刻理解0FH微指令的功能和P1测试的状态条件（IR7－IR4），用二进制开关设置IR7－IR4的不同状态，观察ADD至OUT八条机器指令对应微程序的微命令信号，特别是微地址转移的实现。
0FH微指令的功能是根据程序计数器PC从存储器取指令，送往指令寄存器IR。0FH微指令的下一微指令地址是10H。不过，10H只是一个表面的下一微地址，由于该微指令中
P1 = 1，因此实际的微指令地址的低4位要根据IR7—IR4确定，实际微地址为
10H + IR7 IR6 IR5 IR4。
①置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 0，相当于ADD指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为10H，微代码是
(00H 03H 00H 18H)。按一次QD按钮，微地址变为18H，微代码是(90H 24H 10H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
②置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 1，相当于SUB指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为11H，微代码是
(00H 03H 00H 19H)。按一次QD按钮，微地址变为19H，微代码是(04H 24H 10H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
③置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 0，相当于AND指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为12H，微代码是
(00H 03H 00H 1AH)。按一次QD按钮，微地址变为1AH，微代码是
(B8H 24H 10H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
④置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 1，相当于STA指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为13H，微代码是
(00H 11H 80H 1BH)。按一次QD按钮，微地址变为1BH，微代码是
(01H 20H 10H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
⑤置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 0，相当于LDA指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为14H，微代码是
(00H 10H 80H 1CH)。按一次QD按钮，微地址变为1CH，微代码是
(00H 44H 10H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
⑥置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 1，相当于JC指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为15H，微代码是
(00H 00H 11H 0FH)。令K0（C）＝0。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为00H 80H 08H 90H。按一次QD按钮，微地址变为15H。令K0（C）＝1，按一次QD 按钮，微地址变为1FH，微代码是(00H 10H 20H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
⑦置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 0，相当于STP指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为16H，微代码是
(00H 00H 14H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
⑧置DP = 1，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H，微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH，微代码为
00H 80H 08H 90H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 1，相当于OUT指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为17H，微代码是
(00H 10H 14H 0FH)。按一次QD按钮，微地址回到0FH。
结论：测量结果与理论值相符。
结论：测量结果与理论值相符。
六、思考题
请问图4.4微程序流程图中的0BH微地址是如何产生的？
答：根据微指令产生后继微地址的多路转移方式的逻辑表达式：
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。
而由此时的流程图可知，WRF（011）指令，SWC、SEB、SWA分别为0、1、1。且P1=0，P0=1。
故A5=0，A4=0，A3=1，A2=0，A1=1，A0=1。于是，产生001011地址，即0BH 微地址。
七、总结
（一）本次实验按时按量完成。
（二）通过本次实验我掌握时序发生器的组成原理和微程序控制器的组成原理。
（三）在观察时序信号波形时，如果出现红色的波形，则按MATH按钮即可消除。如果出现红色的横条或竖条线，则通过显示按钮来调节。
（四）向AR送地址时地址指示灯AR不随SW7-SW0数据的变化而改变。主要原因是LDAR#接触不良.同理向PC送地址时PC地址指示灯不随SW7-SW0数据的变化而改变.主要原因是LDPC#接触不良。
计算机原理考试题库 一、选择题 1、电子计算机的算术/逻辑单元、控制单元及主存储器合称为C。 A、CPU B、ALU C、主机 D、UP 2、用以指定待执行指令所在地址的是C。 A、指令寄存器 B、数据计数器 C、程序计数器 D、累加器 3、完整的计算机系统应包括D。 A、运算器、存储器、控制器 B、外部设备和主机 C、主机和实用程序 D、配套的硬件设备和软件系统 4、计算机存储数据的基本单位为A。 A、比特Bit B、字节Byte C、字组Word D、以上都不对 5、计算机中有关ALU的描述，D是正确的。 A、只做算术运算，不做逻辑运算 B、只做加法 C、能存放运算结果 D、以上答案都不对 6、计算机系统中的存储系统是指D。 A、RAM存储器 B、ROM存储器 C、主存 D、主存和辅存 7、下列语句中是C正确的。 A、1KB＝1024 1024B B、1KB＝1024MB C、1MB＝1024 1024B D、1MB＝1024B 8、用以指定待执行指令所在地址的是C。 A、指令寄存器 B、数据计数器 C、程序计数器 D、累加器 9、计算机系统中的存储系统是指D。 A、RAM存储器 B、ROM存储器 C、主存 D、主存和辅存 10、电子计算机的算术/逻辑单元、控制单元及主存储器合称为C。 A、CPU B、ALU C、主机 D、UP 11、计算机中有关ALU的描述，D是正确的。 A、只做算术运算，不做逻辑运算 B、只做加法 C、能存放运算结果 D、以上答案都不对 12、下列D属于应用软件。 A、操作系统 B、编译程序 C、连接程序 D、文本处理 13、下列语句中是C正确的。 A、1KB＝1024 1024B B、1KB＝1024MB C、1MB＝1024 1024B D、1MB＝1024B 14、计算机系统中的存储系统是指D。 A、RAM存储器 B、ROM存储器 C、主存 D、主存和辅存 15、下列D属于应用软件。 A、操作系统 B、编译程序 C、连接程序 D、文本处理 16、存放欲执行指令的寄存器是D。 A、MAE B、PC C、MDR D、IR 17、用以指定待执行指令所在地址的是C。
济宁医学院信息工程学院 微程序控制器模型计算机的设计与调试 09级计本2班 200907010211 李秋生
一台模型计算机的设计 一、教学目的、任务与实验设备 1．教学目的 （1）融会贯通本课程各章节的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，加深计算机工作中“时间—空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。 （2）学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高使用软件仿真工具和集成电路的基本技能。 （3）培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践和经验。 2．设计与调试任务 （1）按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台微程序控制的模型计算机。 （2）根据设计图纸，在MAX+PLUS 平台上进行仿真，并下载到EL教学实验箱上进行调试成功。 （3）在调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。包括：①总框图(数据通路图)；②微程序控制器逻辑图；②微程序流程图；④微程序代码表；⑤元件排列图（或VHD程序清单）；⑥设计说明书；⑦调试小结。 2．实验设备 （1） PC机一台 （2） EL教学实验箱 （3） MAX+PLUS Ⅱ配套软件 二、数据格式和指令系统 本模型机是一个8位定点二进制计算机，具有四个通用寄存器：R 0～R 3 ，能 执行11条指令，主存容量为256KB。 1．数据格式 数据按规定采用定点补码表示法，字长为8位，其中最高位（第7位）为符 数值相对于十进制数的表示范围为： －1≤X≤1―2―7 三、总体设计 总体设计的主要任务是 (1) 选定CPU中所使用的产要器件； (2) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计指令流的数据通路； (3) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计数据流的数据通路。 计算机的工作过程，实质上是不同的数据流在控制信号作用下在限定的数据通路中进行传送。数据通路不同，指令所经过的操作过程也不同，机器的结构也
计算机组成原理 1．(45.75)10=(___________)16 2．若[X]补=1.0110，则[1/2X]补=___________。 3．若X补=1.1001，按舍入恒置1法舍去末位得__________。 4．运算器的核心部件是__________。 5．动态MOS存储器的刷新周期安排方式有____________、 _____________、_____________。 6．若地址码8位，按字节编址则访存空间可达___________，若地址码10位，则访存空间可达_____________，若地址码20位，则访存空间可达_____________。 7．CPU中用于控制的寄存器有_______________________、 __________________ 和_____________________三种；8．控制器的组成方式可分为______________________和微程序控制器两类。 9．按数据传送方式，外围接口可分为_________________和 __________________。 10．指令中的操作数一般可分为_______操作数和_______操作数。11．申请掌握使用总线的设备，被称为__________。 12．某CRT显示器，分辨率800列╳600行，如果工作在256色模式下，则至少需要_________字节的显示存储器。 选择题: 1、浮点加减中的对阶是（） A.将较小的一个阶码调整到与较大的一个阶码相同 B.将较大的一个阶码调整到与较小的一个阶码相同 C.将被加数的阶码调整到与加数的阶码相同 D.将加数的阶码调整到与被加数的阶码相同 2、下列哪一个属于检错纠码（） A. BCD码 B. ASCII码 C. 奇偶校验码 D. 8421码 3、指令格式可表示为（）和地址码的形态 A.指令码 B. 操作码 C.微指令 D. 寄存器码 4、在不同速度的设备之间传送数据( )
姓名 学号 班级 ******************年级 指导教师 《计算机组成原理》实验报告 实验名称微程序控制单元实验、指令部件模块实验、时序与启停实验 实验室实验日期 实验七微程序控制单元实验 一、实验目的 ⒈ 掌握时序产生器的组成方式。 ⒉ 熟悉微程序控制器的原理。 ⒊ 掌握微程序编制及微指令格式。 二、实验原理 图 7- 7- 1
图 7-7-4 微地址控制原理图 微程序控制单元实验原理就是人为的给出一条微指令的地址，人为的去打开测试开关，观察机器怎么运行，打个比方就是我要你执行我下的某条命令，我先告诉你命令写在哪页纸上， 你找到纸后，分析命令是什么之后再去执行。 观察机器微程序控制器的组成见图7-1-1 ，微地址的打入操作就是由操作者给出一条微指令 的地址（同上面的例子就是仅仅告诉你我让你跑的这条命令写在哪页纸上，而没有告诉你 命令的具体内容），不需要做测试去判断这是什么指令，所以由图7-7-1 ，其中微命令寄存器 32 位，用三片 8D 触发器 (273) 和一片 4D(175) 触发器组成。它们的清零端由CLR来控制微控制器的清零。它们的触发端CK接 T2，不做测试时 T2 发出时钟信号，将微程序的内容 打入微控制寄存器（含下一条微指令地址）。打入了微指令的地址（即告诉你命令在哪页纸上，此时你需要先找到这页纸并判断命令是叫你做什么，然后执行），进行测试，T4 发出时钟信号，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过置位端将某一触发器输出端置为“1”状态，按图 7-7-4 所示，微地址锁存器的置位端R 受 SE5~SE0控制，当测试信号 SE5~SE0输出负脉冲时，通过锁存器置位端R将某一锁存器的输出端强行置“1”，实现微地址的修改与转移，此时的地址指的是指令的操作码的地址（即你已经知道命令是跑，此时做的是跑的行为）。再由数据开关置入微地址的值，再做测试，再跳到指令的操作码的地址准备开始执行 指令，这就是微程序控制单元实验的原理。
实 验 项 目 微程序控制器实验实验时间2015年10月31日 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。 实 验 设 备 PC机一台，TD-CMA实验系统一套 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。 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、TS4，时序单元的介绍见附录2。 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。
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（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。
计算机组成原理 一、8 位算术逻辑运算 8 位算术逻辑运算实验目的 1、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。 2、验证算术逻辑运算功能发生器74LS181的组合功能。 8 位算术逻辑运算实验内容 1、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图3－1所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～6中的任一个相连，内部数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0～LD7显示。 图中算术逻辑运算功能发生器74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座，实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2，以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。 另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。 2、实验接线 本实验用到4个主要模块：⑴低8位运算器模块，⑵数据输入并显示模块，⑶数据总线显示模块，⑷功能开关模块（借用微地址输入模块）。
A ．(7CD )16 B. ( 7D0)16 C. (7E0)16 D. 3. 下列数中最大的数是 _______ 。 A ．(10011001) 2 B. (227) 8 C. (98)16 4. ____ 表示法主要用于表示浮点数中的阶码。 A. 原码 B. 补码 C. 反码 D. 移码 5. 在小型或微型计算机里，普遍采用的字符编码是 A. BCD 码 B. 16 进制 C. 格雷码 6. 下列有关运算器的描述中， ______ 是正确的 A. 只做算术运算，不做逻辑运算 B. C. 能暂时存放运算结果 D. 7. EPROM 是指 ____ 。 A. 读写存储器 B. C. 可编程的只读存储器 D. 8. Intel80486 是 32位微处理器， Pentium 是A.16 B.32 C.48 D.64 9 .设］X ］补=1.XXX 3X 4,当满足 _________ ■寸，X > -1/2 成立。 A. X 1必须为1，X 2X 3X 4至少有一个为1 B. X 1必须为1 , X 2X 3X 4任意 C. X 1必须为0, X 2X 3X 4至少有一个为1 D. X 1必须为0, X 2X 3X 4任意 10. CPU 主要包括 _____ 。 A.控制器 B. 控制器、运算器、cache C.运算器和主存 D.控制器、ALU 和主存 11. 信息只用一条传输线 ,且采用脉冲传输的方式称为 _________ 。 A. 串行传输 B. 并行传输 C. 并串行传输 D. 分时传输 12. 以下四种类型指令中,执行时间最长的是 _________ 。 A. RR 型 B. RS 型 C. SS 型 D. 程序控制指令 13. 下列 _____ 属于应用软件。 A. 操作系统 B. 编译系统 C. 连接程序 D. 文本处理 14. 在主存和CPU 之间增加cache 存储器的目的是 _____ 。 A. 增加内存容量 B. 提高内存可靠性 C.解决CPU 和主存之间的速度匹配问题 D. 增加内存容量，同时加快存取速 度 15. 某单片机的系统程序,不允许用户在执行时改变,则可以选用 ____________ 作为存储芯 片。 A. SRAM B. 闪速存储器 C. cache D. 辅助存储器 16. 设变址寄存器为X ,形式地址为D, (X )表示寄存器X 的内容，这种寻址方式的有 效地址为 ______ 。 A. EA=(X)+D B. EA=(X)+(D) C.EA=((X)+D) D. EA=((X)+(D)) 17. 在指令的地址字段中,直接指出操作数本身的寻址方式,称为 ___________ 。 A. 隐含寻址 B. 立即寻址 C. 寄存器寻址 D. 直接寻址 18. 下述 I/O 控制方式中,主要由程序实现的是 ________ 。 7F0）16 D. （ 152）10 o D. ASC H 码 只做加法 既做算术运算，又做逻辑运算 只读存储器 光擦除可编程的只读存储器 位微处理器。
计算机科学与技术系 实验报告 专业名称计算机科学与技术 课程名称计算机组成原理 项目名称微程序控制器实验 班级
学号 姓名 同组人员 实验日期 一、实验目的与要求 实验目的 （1）掌握微程序控制器的组成原理 （2）掌握微程序控制器的编制、写入，观察微程序的运行过程 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，否则实验效率会很低，一次实验时间根本无法完成实验任务,即使基本做对了，也很难说懂得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，写出实验预习报告并带入实验室； （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，把自己想不明白的问题通过实验理解清楚； （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，遇到的问题和分析与解决思路。还应写出自己的心得体会，也可以对教学实验提出新的建议等。实验报告要交给教师评阅后并给出实验成绩； 二、实验逻辑原理图与分析 画实验逻辑原理图
逻辑原理图分析 微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译个执行，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，这种表示成为微指令。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。 三、数据通路图及分析(画出数据通路图并作出分析) （1）连接实验线路，检查无误后接通电源。如果有警报声响起，说明有总线竞争现象，应关闭电源，检查连线，直至错误排除。 （2）对微控制器进行读写操作，分两种情况：手动读写和联机读写。 1、手动读写
实验一基础汇编语言程序设计 一、实验目的： 1、学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法。 2、学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统。 3、学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。 二、预习要求： 1、学习TEC-XP16机监控命令的用法。 2、学习TEC-XP16机的指令系统、汇编程序设计及监控程序中子程序调用。 3、学习TEC-XP16机的使用，包括开关、指示灯、按键等。 4、了解实验内容、实验步骤和要求。 三、实验步骤： 在教学计算机硬件系统上建立与调试汇编程序有几种操作办法。 第一种办法，是使用监控程序的A命令，逐行输入并直接汇编单条的汇编语句，之后使用G命令运行这个程序。缺点是不支持汇编伪指令，修改已有程序源代码相对麻烦一些，适用于建立与运行短小的汇编程序。 第二种办法，是使用增强型的监控程序中的W命令建立完整的汇编程序，然后用M命令对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来用G命令运行这个程序。适用于比较短小的程序。此时可以支持汇编伪指令，修改已经在内存中的汇编程序源代码的操作更方便一些。 第三种办法，是使用交叉汇编程序ASEC，首先在PC机上，用PC机的编辑程序建立完整的汇编程序，然后用ASEC对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来把汇编操作产生的二进制的机器指令代码文件内容传送到教学机的内存中，就可以运行这个程序了。适用于规模任意大小的程序。
在这里我们只采用第一种方法。 在TEC-XP16机终端上调试汇编程序要经过以下几步： 1、使教学计算机处于正常运行状态（具体步骤见附录联机通讯指南）。 2、使用监控命令输入程序并调试。 ⑴用监控命令A输入汇编程序 >A 或>A 主存地址 如：在命令行提示符状态下输入： A 2000↙；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000： 输入如下形式的程序： 2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD 与R0 之间有且只有一个空格，其他指令相同 2002: MVRD R1，5555 2004: ADD R0，R1 2005: AND R0，R1 2006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET 指令 2007:（直接敲回车键，结束A 命令输入程序的操作过程） 若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。 ⑵用监控命令U调出输入过的程序并显示在屏幕上 >U 或>U 主存地址
计算机组成原理试题 一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。） 1.为了缩短指令中某个地址段的位数，有效的方法是采取（C）。 A、立即寻址 B、变址寻址 C、间接寻址 D、寄存器寻址 2.某计算机字长是16位它的存储容量是64KB,按字编址,它们寻址范围是（C）。 A．64K B．32KB C．32K D．16KB 3.某一RAM芯片其容量为512*8位,除电源和接地端外该芯片引线的最少数目是（C）。 A.21 B.17 C.19 D.20 4.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是(C)。 A.实现存储程序和程序控制 B.可以直接访问外存 C.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度
5.寄存器间接寻址方式中，操作数处在(B)。 A.通用寄存器 B.贮存单元 C.程序计数器 D.堆栈 6.RISC是(A)的简称。 A.精简指令系统计算机 B.大规模集成电路 C.复杂指令计算机 D.超大规模集成电路 7．CPU响应中断的时间是_C_____。 A．中断源提出请求；B．取指周期结束；C．执行周期结束；D．间址周期结束。8．常用的虚拟存储器寻址系统由____A__两级存储器组成。 A．主存－辅存；B．Cache－主存；C．Cache－辅存；D．主存—硬盘。 9．DMA访问主存时，让CPU处于等待状态，等DMA的一批数据访问结束后，CPU再恢复工作，这种情况称作__A____。 A．停止CPU访问主存；B．周期挪用；C．DMA与CPU交替访问；D．DMA。10．浮点数的表示范围和精度取决于__C____。 A．阶码的位数和尾数的机器数形式；B．阶码的机器数形式和尾数的位数；
微程序控制器的设计与实现 一、设计目的 1、巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程所讲解的原理， 加深对计算机各模块协同工作的认识。 2、掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。 3、培养学生独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的 实践经验。 4、尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程。 二、设计内容 按照要求设计一指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。 三、设计具体要求 1、仔细复习所学过的理论知识，掌握微程序设计的思想，并根、 据掌握的理论写出要设计的指令系统的微程序流程。指令系统至少要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。 2、根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序 3、将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序，并给出测试思 路和具体程序段 4、撰写课程设计报告。
四、设计环境 1、伟福COP2000型组成原理实验仪，COP2000虚拟软件。 2、VC开发环境或者Java开发环境。 五、设计方案 （1）设计思想 编写一个指令系统，根据所编写的指令的功能来设计相应的微程序。首先利用MOV传送指令来给寄存器和累加器传送立即数，实现立即数寻址；利用寄存器寻址方式，用ADDC指令对两者进行相加运算；利用寄存器间接寻址方式，用SUB指令实现减运算；利用累加器寻址方式，用CPL指令实现对累加器寻址；利用存储器寻址方式，用JMP 指令实现程序的无条件跳转。这样，所要设计的指令系统的功能就全部实现了。 （2）微指令格式 采用水平微指令格式的设计，一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令。其一般格式如下： 按照控制字段的编码方法不同，水平型微指令又分为三种：全水平型(不译法)微指令，字段译码法水平型微指令，以及直接和译码相混合的水平型微指令。 （3）24个微指令的意义 COP2000 模型机包括了一个标准CPU 所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右
微程序控制器实验报告记录
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计算机科学与技术系 实验报告 专业名称计算机科学与技术 课程名称计算机组成与结构 项目名称微程序控制器实验 班级 学号 姓名 同组人员无 实验日期 2015-11-11
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、观察微程序的运行情况。 二、实验逻辑原理图与分析 2.1 实验逻辑原理图及分析 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硬件逻辑部件工作的微命令序列，以完成数据传输和各种处理操作。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，该存储器称为控制存储器，如图所示： 微程序控制器组成原理框图 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。本实验所用的时序单元来提供，分为四拍TS1、TS2、TS3、TS4。 在微程序控制器的组成中，控制器采用3片2816的E^2PROM，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。为地址寄存器6位，用三篇正沿触发的双D触发器（74）组成，他们带有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为吓一条微指令地址。当T4时刻惊醒测试判别式，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。
经济管理学院信息管理与信息系统专业班 __组学号 姓名协作者教师评定_____________ 实验题目_ 微程序控制器实验_________________ 1.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：按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1、TS2、TS3、TS4的波形，并测出所有的脉冲Φ的周期。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。 2.实验方案： 1.用联机软件的逻辑示波器观测时序信号： 测量Φ、TS1、TS2、TS3、TS4信号的方法： （1）按图接线，接一根即可； （2）把探笔的探头端按颜色分别插到试验仪左上角的CH1、CH2，黑探头插CH1，红探头插CH2，将黑探笔的探头插在Φ接线的上孔，将红探笔的探针夹在TS1两针之间； （3）将实验仪的STOP开关置为RUN、STEP开关置为EXEC，“SWITCH UNIT”中CLR开关置为1状态，按动START按键； （4）启动“组成原理联机软件”，点击“调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口”，点击示波器开关，即可在屏幕上看到波形。使用“步数”或“速度”调整波形，波形调整好后，不要用同步通道来稳定波形，应该单击示波器开关，这样整个波形都停下来；（5）鼠标停留在波形线上，会有时间提示，两者相减可以算出波形周期； （6）测完Φ和TS1后，接着测量TS1和TS2，把黑红探针分别夹在TS1两根针之间和TS2两根针之间，相互比较，可以测量TS1 和TS2之间相位关系。同理通过测量TS2、TS3可以测量出TS2
河南农业大学 计算机组成原理实验报告 题目简单机模型实验 学院信息与管理科学学院 专业班级计算机科学与技术2010级1班 学生姓名张子坡（1010101029） 指导教师郭玉峰 撰写日期：二○一二年六月五日
一、实验目的： 1.在掌握各部件的功能基础上，组成一个简单的计算机系统模型机； 2．了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程； 3定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。 二、实验要求： 1.复习计算机组成的基本原理； 2.预习本实验的相关知识和内容 三、实验设备： EL-JY-II型计算机组成原理试验系统一套，排线若干。 四、模型机结构及工作原理： 模型机结构框图见实验书56页图6-1. 输出设备由底板上上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据结构的数据送入数据管显示注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器时，只有低8位有效。 在本实验我们学习读、写机器指令和运行机器指令的完整过程。在机器指令的执行过程中，CPU从内存中取出一条机器指令到执行结束为一个指令周期，指令由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一段微程序。另外，读、写机器指令分别由相应的微程序段来完成。
为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，必须设计三个控制操作微程序。 存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。 存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。 启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。 注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式有监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关控制。 五、实验内容、分析及参考代码： 生成的下一条微地址 UA5 UA0 MS5 MS0 微地址
计算机组成原理试题库集及答案
第一章计算机系统概论 1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 解：P3 计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。 计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。 硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； 指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问； 指令和数据均用二进制表示； 指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置； 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； 机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。 7. 解释下列概念： 主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。 解：P9-10 主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。 CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。 存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。 存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。 存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。 存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。 存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。 机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。 指令字长：一条指令的二进制代码位数。 8. 解释下列英文缩写的中文含义：
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目录 5 调试过程 (11) 6 心得体会 (12) 第 2 页共22 页
微程序控制器的设计与实现 一、设计目的 1)巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程 所讲解的原理，加深对计算机各模块协同工 作的认识 2)掌握微程序设计的思想和具体流程、操 作方法。 3)培养学生独立工作和创新思维的能力， 取得设计与调试的实践经验。 4)尝试利用编程实现微程序指令的识别 和解释的工作流程 二、设计内容 按照要求设计一指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存 储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。 第 3 页共22 页
三、设计要求 1)仔细复习所学过的理论知识，掌握微程 序设计的思想，并根据掌握的理论写出要设 计的指令系统的微程序流程。指令系统至少 要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。 2)根据微操作流程及给定的微指令格式 写出相应的微程序 3)将所设计的微程序在虚拟环境中运行 调试程序，并给出测试思路和具体程序段 4)尝试用C或者Java语言实现所设计的 指令系统的加载、识别和解释功能。 5)撰写课程设计报告。 四、设计方案 1)设计思路 按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加 器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接第 4 页共22 页
寻址、立即数寻址等五种寻址方式。从而可以想到如 下指令：24位控制位分别介绍如下： XRD ：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外 设读数据。 EMWR：程序存储器EM写信号。 EMRD：程序存储器EM读信号。 PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。 EMEN：将程序存储器EM与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD 决定是将DBUS数据写到EM中，还是 从EM读出数据送到DBUS。 IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPC。 EINT：中断返回时清除中断响应和中断请 求标志，便于下次中断。 第 5 页共22 页
计算机科学技术系王玉芬2012年11月3日
基础实验部分该篇章共有五个基础实验组成，分别是： 实验一运算器实验 实验二存储器实验 实验三数据通路组成与故障分析实验 实验四微程序控制器实验 实验五模型机CPU组成与指令周期实验
实验一运算器实验 运算器又称作算术逻辑运算单元（ALU），是计算机的五大基本组成部件之一，主要用来完成算术运算和逻辑运算。 运算器的核心部件是加法器，加减乘除运算等都是通过加法器进行的，因此，加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。机器字长n位，意味着能完成两个n位数的各种运算。就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。 一、实验目的 1．掌握简单运算器的数据传输方式。 2．掌握算术逻辑运算部件的工作原理。 3. 熟悉简单运算器的数据传送通路。 4. 给定数据，完成各种算术运算和逻辑运算。 二、实验内容： 完成不带进位及带进位的算术运算、逻辑运算实验。 总结出不带进位及带进位运算的特点。 三、实验原理： 1.实验电路图
图4-1 运算器实验电路图
2.实验数据流图 图4-2 运算器实验数据流图 3.实验原理 运算器实验是在ALU UNIT 单元进行；单板方式下，控制信号，数据，时序信号由实验仪的逻辑开关电路和时序发生器提供，SW7－SW0八个逻辑开关用于产生数据，并发送到总线上；系统方式下，其控制信号由系统机实验平台可视化软件通过管理CPU 来进行控制，SW7－SW0八个逻辑开关由可视化实验平台提供数据信号。 （1）DR1，DR2：运算暂存器， （2）LDDR1：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1，高电平有效。 （3）LDDR2：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2，高电平有效。 （4）S3，S2，S1，S0：确定执行哪一种算术运算或逻辑运算（运算功能表见附录1或者课本第49页）。 （5）M ：M ＝0执行算术操作；M ＝1执行逻辑操作。 （6）/CN ：/CN ＝0表示ALU 运算时最低位加进位1；/CN ＝1则表示无进位。 （7）ALU －BUS ：控制运算器的运算结果是否送到总线BUS ，低电平有效。 （8）SW －BUS ：控制8位数据开关SW7－SW0的开关量是否送到总线，低电平有效。 四、实验步骤： 实验前首先确定实验方式（是手动方式还是系统方式），如果在做手动方式实验则将方式选择开关置手动方式位置（31个开关状态置成单板方式）。实验箱已标明手动方式和系统方式标志。所有的实验均由手动方式来实现。如果用系统方式，则必须将系统软件安装到系统机上。将方式标志置系统模式位置。学生所做的实验均在系统机上完成。其中包括高 ALU DR1 DR2 LDDR1 T4 LDDR2 T4 S1 S2 M0 S0 CN S3
计算机组成原理习题及答案54686
概论 一、选择题： １．1946年研制成功的第一台电子数字计算机称为＿B＿。A.EDVAC B.ENIAC C.EVNAC D.EINAC 2.完整的计算机系统应包括__D_____.A..运算器、存储器、控制器 B.外部设备和主机 C.主机和存储器 D.配套的硬件和软件设备 3.计算机系统中的存储器系统是指__D____.A.RAM存储器 B.ROM存储器 C.内存储器 D.内存储器和外存储器 4.至今为止,计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是_C_____. A..节约元件 B.运算速度快 C.物理器件性能所致 D.信息处理方便 5.计算机硬件能直接执行的只有_B___. A.符号语言 B.机器语言 C.机器语言和汇编语言 D.汇编语言 二、填空题: 1.计算机的硬件包括__运算器_._控制器_._存储器_._输入设备_._输出设备__. 2.在计算机术语中,将运算器和控制器合在一起称为_CPU__,而将_CPU__和存储器合在一起称为__主机__. 3.计算机的软件一般分为两大类:一类叫_系统__软件,一类叫_应用__软件,其中,数据库管理系统属于_系统_软件,计算机辅助教学软件属于__应用___软件. 4.计算机系统中的存储器分为_内存储器_和_外存储器_.在CPU执行程序时,必须将指令存放在_内存储器__中. 5.输入、输出设备以及辅助存储器统称为_外部设备___. 6.计算机存储器的最小单位为__位___,1KB容量的存储器能够存储_1024*8__个这样的单位. 7.在计算机系统中,多个系统部件之间信息传送的公共通路称为__总线___,就其所传送的信息的性质而言,在公共通路上传送的信息包括_数据__、__地址__和__控制___信息. 三、衡量计算机性能的基本指标有哪些？ 答：1.基本字长 2.数据通路宽度 3.运算速度：包括CPU时钟频率和数据传输率 4.存储器的容量：包括主存储器的容量和外存储器的容量 5.外围设备及其性能 6.系统软件配置运算方法和运算器 一、选择题: 1.在机器数中,__B____的零的表示形式是唯一的. A.原码 B.补码 C.反码 D.原码和反码 3.若某数X的真值为-0.1010,在计算机中该数表示为1.0110,则该数所用的编码方法__B__码. A.原 B.补 C.反 D.移 4.运算器虽有许多部件组成,但核心部分是__B____. A.数据总路线 B.算术逻辑运算单元 C.多路开关 D.通用寄存器 5.在定点二进制运算器中,减法运算一般通过__D_____来实现. A.原码运算的二进制减法器 B.补码运算的二进制减法器 C.补码运算的十进制加法器 D.补码运算的二进制加法器
组成原理No、4实验－-- 微程序控制器实验 组员: 组号:２1号 时间:周二5、６节?
【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。 (3)掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行情况 【实验设备】 TDN-CＭ++, 【实验原理】 微程序控制器的基本任务就是完成当前指令的翻译与执行,即将当前指令的功能转换成可以控制硬件逻辑部件工作的微命令序列,以完成数据传输与各种处理操作。它的执行方法就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,该存储器称为控制存储器。 实验所用的时序控制电路框图如图1 所示, 可产生四个等间隔的时序信号TS1~TS4。在 图1中,为时钟信号,由实验台左上方的 方波信号源提供,可产生频率及脉宽可调额 方波信号;STEP就是来自实验板上方中部的 一个二进制开关STEP的模拟信号;SＴＡRT 键就是来自实验板上方左部的一个微动开关 ＳTART的按键信号。当STEP开关为EXＥＣ(0)时,一旦按下ＳTART启动键,时序信号ＴＳ1~TS4将周而复始地发送出去。当ＳＴＥP为STEP(1)时,按下STＡRT启动键,机器便处于单步运行状态,即此时只发送一个CPＵ周期的时序信号就停机了。利用单步方式,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。另外,如果STＥP开关置“ＳTEＰ”,会使机器停机,CLR开关执行1→0→１操作可以使时序清零。时序状态图如下图所示。 ?由于时序电路的内部线路已经连好,因此只需将时序电路与方波信号源连接,即将时序电路的时钟脉冲输入端接至方波信号发生器输入端H２３上,按动启动 键ＳＴＡＲT后,就可产生时序信号TＳ１~TＳ4、时序电路的CLＲ已接至CLR 模拟开关上。 ?编程开关具有三种状态:PRＯM(编程)、ＲＥAD(校验)与RUN(运行)。 微指令格式如 下: 【实验步骤】