微程序控制实验报告-北京交通大学

计算机组成原理实验及课程设计报告书系别：计算机系专业：计算机科学与技术课程：计算机组成原理指导教师：实验人：班级：实验时间：2009.5.28-2009.6.7 编制时间：2009.6.14微程序控制器实验报告（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 等命令）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. 深入的学习计算机各类典型指令的执行流程；3. 对指令的格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体的概念；4. 学习微程序控制器的设计工程和相关技术。

（二）实验过程 RCL 指令 一、指令设计a)指令格式及功能：汇编格式： RCL DR机器指令： 00101010 00000000功能：带进位C 循环左移，最高位移入C ，C 移入最低位 b)指令流程图：c)控制信号表： MAPROM MP1 MP2 MP3MP4MP5 MP6 MP7 微指下指CI 3-0 SCC 3-0 0 /MR/W 0 I 2-0 SA I 8-6 SB I 5-3 B 口 A 口 0 SST SSHSCI DC2 DC1 50H 01H30H43H78H00H64H00H说明：把地址位2AH 单元内容修改为50H ，实现译码，找到为程序的入口地址。

二、实验操作：修改MAPROM 和控存 a)MAPROM 的修改：1、 试验箱断电2、取下M APROM ，插入扩展槽，连片选信号（6000H-7FFFH ）3、试验箱开电，PC 机开机4、设置试验机工作模式为：连续、内存区、组合逻辑、16位、联机5、运行PCEC16，进行PC 机与试验箱联机取地址带进位C 循环左移6、>E 602BXXXX: 0050提示：修改完之后检查是否破坏了基本指令内存。

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。

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。

微程序控制器实验报告微程序控制器实验报告引言微程序控制器是一种常见的计算机控制器，它采用微程序的方式来实现指令的执行。

在本次实验中，我们将学习和探索微程序控制器的工作原理，并通过实验验证其功能和性能。

实验目的本次实验的主要目的是通过设计和实现一个简单的微程序控制器，来深入理解微程序控制器的工作原理和原理图设计。

实验过程1. 设计微指令集在设计微程序控制器之前，首先需要确定微指令集。

微指令集是由一系列微指令组成的，每个微指令对应一个控制信号，用于控制计算机的各个组件的操作。

在本次实验中，我们选择了常见的微指令集，包括存储器读写、算术逻辑运算、数据传输等指令。

2. 设计微指令控制存储器微指令控制存储器是微程序控制器的核心组件，用于存储微指令集。

在本次实验中，我们使用了静态随机存储器（SRAM）来实现微指令控制存储器。

通过将微指令集编码为二进制数，并将其存储在SRAM中的不同地址位置，实现对微指令的存储和读取。

3. 设计微指令解码器微指令解码器用于解析微指令，并产生相应的控制信号。

在本次实验中，我们使用了组合逻辑电路来实现微指令解码器。

通过将微指令的不同位与控制信号相连，实现对微指令的解码和控制信号的生成。

4. 设计微程序计数器微程序计数器用于控制微程序的执行顺序。

在本次实验中，我们使用了计数器和触发器来实现微程序计数器。

通过将微程序计数器的输出与微指令控制存储器的地址输入相连，实现对微指令的顺序读取。

实验结果通过实验，我们成功设计并实现了一个简单的微程序控制器。

在实验中，我们编写了微指令集，并将其存储在微指令控制存储器中。

通过微指令解码器和微程序计数器的协作，我们成功实现了对微指令的解码和执行。

实验结果表明，微程序控制器能够准确地控制计算机的各个组件的操作，并实现指令的执行。

实验总结通过本次实验，我们深入了解了微程序控制器的工作原理和原理图设计。

微程序控制器作为一种常见的计算机控制器，具有灵活性和可扩展性。

微程序控制器实验报告北京交通大学一、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、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：1.深入理解计算机微程序控制器的组成和运行原理；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、实验内容综合型实验思考题1：在进行56页到59页的实验时，你可能已经发现不同指令在执行的过程中都会经过相同的微地址，也就是说，不同指令的微程序也有公用部分。

请你找出这些公共的微指令，说明它们所做的工作。

答：公共指令如下：（1）微址为00下址为00的指令，所做工作为：给出微程序的首地址并在启动时执行；（2）微址为30下址为3A的指令，所做工作为：完成检查中断请求。

思考题2：总结机器指令和微程序之间的关系。

答：机器指令和微程序之间的关系总结如下：（1）一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令构成的。

即，一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令编成的微程序进行解释和执行；（2）从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系上看，前者与内存储器有关，而后者与控制存储器有关，与此相关也有相对应的硬设备；（3）机器指令是把程序员编写的程序经编译以后成为机器能执行的以二进制码形式表示的指令；在微程序控制的计算机中通过执行一串微指令完成一条指令的功能；思考题3：总结指令的一般流程。

答：流程如下图：设计型实验1设计几条指令的功能、格式和执行流程，设计每条微指令各字段的具体编码值，包括控制码的各字段、下地址字段、形成下址用到的条件码。

写出指令格式、指令功能、执行流程及对应的微程序，确定各步的控制信号。

设计一条新的机器指令，该指令的功能是把一个通用寄存器的内容与一个内存单元ADR中的内容相加，结果保存到另外一个通用寄存器中，即：DR <- [ADR] + SR1．实验课的分组组号：第1组；2．小组要求使用的操作码和微程序首地址：操作码71H，微程序首地址51H；3．新指令的指令格式：双字长指令：1-8位操作码：01110001；9-12位DR：0000；13-16位SR：0000；17-32位ADR：0000 0000 0000 0000。

微程序控制实验报告(共10篇)微程序控制器实验报告计算机组成原理实验报告一、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：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所示：微程序控制器组成原理框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）。

实验报告专业：计算机科学与技术班级：计算机科学与技术（1）班学号：201024131147姓名：赵倩倩课程名称：计算机组成原理学年：2010—2011 学期1课程类别：专业必修试验时间：2011年11月28日实验名称：微程序控制实验实验目的和要求：实验目的：1.掌握微程序控制器的组成原理2.为模型机定义五条机器指令，并编写相应的微程序3.掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行实验要求：按实验目的完成相应的操作，将实验结果记下并分析实验总结。

实验软硬件要求：TDN－CM＋＋计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

实验内容，方法和步骤（可附页）实验原理：1.时序控制电路：控制器的功能是产生执行指令所需的控制信号，但执行指令时所需的控制信号是依赖于具体计算机的数据通路的，电路框图如下数据通路结构图Ø：始终脉冲输入端，接到方波发生器的输出（H23）,W1调节频率，W2调脉宽。

START键是实验板上一个微动开关START的按键信号。

STEP（单步开关）STEP开关为0时（EXEC），一旦按下启动键，时序信号TS0—TS3将周而复始地发送出去。

STOP:拨动开关，STOP停机；RUN，运行。

CLR:拨动开关，时序清零。

TS0—TS3等间隔的时序信号输出。

实验模型机有五条指令：IN(输入)ADD（加法）STA(存数)OUT(输出)JMP(无条件转移)指令对应的参考微程序流程2.微程序控制电路微程序控制电路组成：控制存储器，微命令寄存器，微地址寄存器。

编程开关：PROM（编程），根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器中。

READ(校验)：可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证。

RUN（运行）：只要给出微地址的入口微地址，则可以根据微程序流程图自动执行微程序。

3.微指令格式微指令字长共24位，其中UA5—UA0为6位的后续微地址，A,B,C为三个译码器字段，分别由三个控制位译码出多位。

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。

三、数据通路图及分析(画出数据通路图并作出分析)本实验安排了四条机器指令，分别为ADD（00000000）、IN（00100000）、OUT（00110000）和HLT（01010000），括号中为各指令的二进制代码，指令格式如下：助记符机器指令码说明IN 0010 0000 IN->ROADD 0000 0000 RO+RO->ROOUT 0011 0000 RO->OUTHLT 0101 0000 停机试验中机器指令由CON单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微程序控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，如下图所示：数据通路图几条机器指令对应的参考微程序流程图如下图所示。

微机原理实验报告姓名：程煜钧学号：10211004班级：通信1001实验一：交通灯控制实验一、实验目的1、掌握并行接口8255的基本原理2、掌握8255的编程方法3、掌握利用X86 汇编语言技巧二、实验内容如图，L7、L6、L5作为南北路口的交通灯与PC7、PC6、PC5相连，L2、L1、L0作为东西路口的交通灯与PC2、PC1、PC0相连。

编程使六个灯按交通灯变化规律燃灭。

十字路口交通灯的变化规律要求：（1）南北路口的绿灯、东西路口的红灯同时亮3秒左右。

（2）南北路口的黄灯闪烁若干次，同时东西路口的红灯继续亮。

（3）南北路口的红灯、东西路口的绿灯同时亮3秒左右。

（4）南北路口的红灯继续亮、同时东西路口的黄灯亮闪烁若干次。

（5）转（1）重复。

各地址分析：8255 控制寄存器端口地址 28BH A 口的地址 288HC 口的地址 28AH三、实验流程图四、实验用源程序CODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART: MOV DX, 0EC0BH ；8255初始化，写控制寄存器MOV AL,10010000B ;OUT DX,ALFIRST: MOV DX, 0EC0AH ；C口地址MOV AL,00100100BOUT DX,AL ;南北绿，东西红，写入C口 MOV CX,0 ;送入初值65536（FFFF+1） MOV AX,4000H ;软件长延时DELAY1: DEC AXJNZ DELAY1LOOP DELAY1 ;双重循环MOV BL,5 ;黄灯闪5次SECOND:MOV DX, 0EC0AHMOV AL,01000100BOUT DX,AL ;南北黄，东西红，写入C口 MOV CX,3000H ；写入初值MOV AX,0100H ；延时LI1:DEC AXJNZ LI1LOOP LI1 ；双循环MOV DX, 0EC0AHMOV AL,00000100B ;南北黄灭，写入C口OUT DX,ALMOV CX,3000H ；写入初值MOV AX,0100H ；延时WEN1: DEC AXJNZ WEN1 ;软件短延时LOOP WEN1DEC BLJNZ SECOND ;黄灯闪5次THIRD: MOV DX, 0EC0AH ;写入C口MOV AL,10000001BOUT DX,AL ;南北红，东西绿，写入C口 MOV CX,0 ；送初值65536MOV AX,4000H ;软件长延时DELAY2: DEC AXJNZ DELAY2LOOP DELAY2MOV BL,5 ;黄灯闪5次FORTH: MOV DX, 0EC0AH ;写入C口MOV AL,10000010BOUT DX,AL ;南北红，东西黄，写入C口 MOV CX,3000H ；送初值MOV AX,0100H ；短延时LI2:DEC AXJNZ LI2 ;软件短延时LOOP LI2MOV DX, 0EC0AH ；C口MOV AL,10000000BOUT DX,AL ;东西黄灭，写入C口MOV CX,3000H ；送初值MOV AX,0100H ；短延时WEN2: DEC AXJNZ WEN2LOOP WEN2DEC BLJNZ FORTH ;黄灯闪5次MOV DL,0FFHMOV AH,06HINT 21H ;执行键盘输入操作JZ FIRST ；若没有输入，继续循环；若有输入，返回操作系统MOV AH,4CHINT 21H ;返回操作系统CODE ENDS五、实验总结这是我们微机实验的第一次实验，以前的实验都是要么是硬件实验，要么是软件实验，这样又要连接电路，又要编写程序的实验这还是我第一次做，因此这次实验对我来说是一次全新的体验。

微程序控制器实验组员：组号：21号时光：周二5.6节【实验目标】(1)控制时序产生器的构成道理.(2)控制微程序控制器的构成道理.(3)控制微程序的编制.写入.不雅察微程序的运行情形【实验装备】TDNCM,【实验道理】图中,微指令格局如下：【实验步调】将全体微程序指令格局变成二进制代码,可得到如下图所示的二进制代码表.（一）衔接电路图：按照下图所示衔接实验电路图.（3）不雅察时序旌旗灯号不雅察方波旌旗灯号源的输出端H23,调节电位器W1,使输出波形的频率最慢.将时序电路中的“STOP”开关置为“RUN”,“STEP”开关置为“EXEC”.按动START键,测量TS1~TS4各点的波形,比较他们的互相关系,画出波形,并标注测量所得的脉冲宽度,见下图：注：个中TS2~TS4的高电平宽度所测成果与TS1的雷同,在图中未标注.（四）现实操纵①编程：将编程开关置为PROM(编程状况).将“STATE UNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”,STOP开关置为“RUN”状况.用二进制模仿开关置微地址UA5~UA0.在MK24~MK1开关上置微代码,置0显示灯亮,置1灭.按动START键,则将微代码写入到对应的地址单元中.反复后三步操纵,将须要的微代码写入到芯片中.②校验：将编程开关READ(校验)状况.将“STATE UNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”,STOP开关置为“RUN”状况.用二进制开关置好微地址UA5~UA0.按动START键,读出微代码,不雅察显示灯的状况是否与写入的雷同.若不合,则编写错误,从新编程.③单步运行：将编程开关置于“RUN(运行)”状况.将“STATE UNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”,S TOP开关置为“RUN”状况.使CLR开关从1→0→1,此时微地址存放器MA5-MA0清“0”,从而给出运行微指令的进口地址为000000(二进制).按动START键,启动时序电路,则每按动一次,读出一条微指令后停机,微地址显示灯和微敕令显示灯将显示所读出的一条指令.④强置运行：经由过程UA5~UA0端口工资置分支地址,实验中置微地址为001010（12）⑤持续运行：将编程开关置于“RUN(运行)”状况.将单步开关“STEP”置为“EXEC”状况.使CLR开关从1→0→1,此时微地址存放器清“0”,从而给出运行微指令的进口地址为000000(二进制).按动START键,则可持续读出微指令.【实验成果】实验中所置微地址为001010（12）,持续运行后,就得出持续的000111（07）和001101（15）.可知操纵准确.【问题剖析】。

微程序控制器实验报告微程序控制器实验预习报告1. 微程序控制器的组成和工作原理。

微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。

其工作原理分为：一、将程序和数据通过输入设备送入存储器；二、启动运行后，从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要求什么事；三、控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中；四、运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出2．微程序、微指令、微命令之间的关系。

一系列微指令的有序集合称为微程序。

在微程序控制方式之下，从控制存储器中取出，完成一个或几个微操作的命令称为微指令。

控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令。

所以总的来说：微程序包含微指令，而每条微指令包含的微命令控制。

3.微指令、微程序的设计及调试。

在微程序流程图中，根据每个状态的微指令，将其进行编码，设计出所需硬件及执行效率较高的微程序控制电路，然后进行调试。

思考题：1. 举例说明实验中出现的基本概念：微命令、微操作、微指令、微程序？微命令：控制器发出的每个控制信号，如对运算单元的控制m cn s3 s2 s1 s0发出的010101等。

微操作：由微命令控制实现的最基本的操作称为微操作。

如发出运算器加运算的微命令后，运算器进行加法计算，就称为微操作。

微指令：完成一个或几个微操作的指令。

如控制器进行存数据的命令后，需要有we信号有效，pc保持，来控制这些的指令即为微指令。

微程序：微程序包含微指令。

如微程序流程中包括很多微指令控制，进行一些加减运算，存储数据，地址自加一等等。

2. 解释并比较微程序控制器的几种设计方法？微序列控制器通过吧控制信号存储在一个查找Rom，(1)用水平编码生成微操作(2)用垂直编码生成微操作(3)从微代码直接产生控制信号。

3. 微程序控制器的控制对象、手段及方法？控制器如何取指令？微程序控制器控制对象分为硬件方面和软件方面，硬件方面为数据通路的控制信号，软件方面为测试程序的控制信号。

微程序控制实验报告微程序控制实验报告引言：微程序控制是一种通过微指令序列来控制计算机硬件的方法。

通过将指令的操作码映射到微指令序列，可以实现复杂的指令执行过程。

本实验旨在通过设计和实现一个简单的微程序控制器，加深对微程序控制原理的理解。

一、实验目的本实验的主要目的是设计和实现一个8位微程序控制器。

通过该实验，我们将能够：1. 理解微程序控制的工作原理；2. 掌握微程序控制器的设计方法；3. 学习如何使用微指令序列来控制计算机硬件。

二、实验原理微程序控制是一种基于微指令的控制方式，它将指令的操作码映射到一组微指令序列。

这些微指令序列定义了计算机硬件在执行指令过程中的控制信号。

通过微指令序列，我们可以实现复杂的指令执行过程，如数据传输、算术逻辑运算、分支跳转等。

三、实验设计本实验中，我们设计了一个简单的8位微程序控制器。

该控制器包括以下几个模块：1. 指令寄存器（IR）：用于存储当前执行的指令；2. 指令译码器（ID）：将指令的操作码解码为微指令地址；3. 微指令存储器（MS）：存储微指令序列；4. 控制信号发生器（CG）：根据微指令地址生成控制信号；5. 数据通路（DP）：执行指令的计算机硬件。

四、实验步骤1. 设计微指令序列：根据指令集的要求，设计一组微指令序列，包括数据传输、算术逻辑运算、分支跳转等操作。

2. 实现微指令存储器：使用存储器芯片或其他逻辑门电路实现微指令存储器，并将微指令序列存储其中。

3. 实现指令译码器：设计指令译码器，将指令的操作码解码为微指令地址。

4. 实现控制信号发生器：根据微指令地址生成控制信号，控制数据通路的操作。

5. 实现数据通路：根据指令要求，设计并实现数据通路，包括寄存器、算术逻辑单元等。

6. 连接各个模块：将指令寄存器、指令译码器、微指令存储器、控制信号发生器和数据通路连接起来，形成一个完整的微程序控制器。

五、实验结果与分析经过实验，我们成功实现了一个简单的8位微程序控制器。

微程序控制实验报告微程序控制实验报告一、引言微程序控制是一种基于微指令的计算机控制方式，它将指令的执行过程细化为一系列微操作，通过微指令控制单元来实现。

本实验旨在通过设计和实现一个简单的微程序控制器，加深对微程序控制原理的理解。

二、实验目的1. 掌握微程序控制的基本原理；2. 熟悉微程序控制器的设计和实现方法；3. 实践运用微程序控制器设计一个简单的计算器。

三、实验原理微程序控制器由微指令存储器、微程序计数器、微指令译码器和控制逻辑组成。

微指令存储器存储了一系列微指令，每个微指令对应一个微操作。

微程序计数器用于指示当前执行到的微指令地址。

微指令译码器负责将微指令转换为控制信号，控制逻辑根据控制信号来控制计算机各个部件的工作。

四、实验步骤1. 设计微指令集：根据计算器的功能需求，设计一套适合的微指令集，包括算术运算、存储器读写等操作。

2. 编写微指令存储器的初始化程序：将设计好的微指令集存储在微指令存储器中，为后续的微程序执行做准备。

3. 实现微程序计数器：设计一个计数器电路，用于指示当前执行到的微指令地址，并实现计数器的自增和重置功能。

4. 设计微指令译码器：根据微指令的格式和编码规则，设计一个译码器电路，将微指令转换为控制信号。

5. 实现控制逻辑：根据微指令的控制信号，设计一个控制逻辑电路，控制计算器各个部件的工作。

6. 连接和调试：将各个部件按照设计连接起来，并进行调试和测试，确保微程序控制器能够正常工作。

五、实验结果与分析经过实验，我们成功实现了一个简单的微程序控制器，并用它设计了一个计算器。

该计算器能够进行基本的算术运算和存储器读写操作。

在实验过程中，我们发现微程序控制器的设计和实现相对复杂，需要充分考虑微指令的设计和控制逻辑的编写。

同时，微程序控制器的执行效率相对较低，对于复杂的程序，可能需要较长的执行时间。

六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了微程序控制的原理和实现方法。

微程序控制器是一种灵活且可扩展的控制方式，可以根据不同的需求设计不同的微指令集和控制逻辑，具有一定的通用性。

计算机组成原理实验报告三：微程序控制器实验2011-05-06 01:00:09|分类：实验报告| 标签：实验微程序字段微指令信号|字号大中小订阅实验三：微程序控制器实验一、实验目的与要求：实验目的：1、掌握时序产生器的原理和具体操作。

2、掌握微程序控制器的功能、组成知识。

3、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。

要求：做好实验预习，掌握进位控制运算器的原理。

实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体分析内容，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。

二、实验方案：【1】、连接好实验线路，检查无误后接通电源。

【2】、编程：（1）将编程开关（MJ20）置为PROM（编程）状态；（2）将STATE UNIT中的STEP置为"STEP"状态，STOP置为"RUN"状态；（3）在UA5-UA0开关上置要写的某个微地址（八进制）；（4）在MK24-MK1开关上置要写的微地址相应的24位微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为"1"灯亮，为"0"灯灭；（5）启动时序电路（按动启动按钮START），即将微代码写入到E2PROM2816的相应地址对应的单元中；（6）重复（3）～（5）步骤将每一条微指令写入E2PROM2816。

【3】、校验：(1)将编程开关置为READ状态；（2）将STEP开关置为"STEP"状态，STOP开关置为"RUN"状态；（3）在开关UA5~UA0上置好要读的某个微地址；（4）按动START键，启动时序电路，观察显示灯MD24-MD1的状态，检查读出的微代码是否已写入的相同。

如果不同在将开关置于PROM编程状态，重新执行编程步骤；（5）重复（3）、（4）步骤将每一条微指令从E2PROM2816中读出。

微程序控制器设计实验报告竭诚为您提供优质⽂档/双击可除微程序控制器设计实验报告篇⼀：微程序控制器的设计与实现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。

实验五微程序控制实验一、实验目的1、掌握微程序控制器的组成原理；2、为模型机定义五条机器指令，并编写相应的微程序；3、掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。

二、实验设备TDN－CM＋计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干三、实验原理实验所用的半导体静态存储器电路可产生4个等间隔的时序信号TS1—TS4，其中Ø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的方波信号。

学生可根据实验自行选择方波信号源的频率及脉宽。

为了便于控制程序的运行，时序电路发生器也设置了一个启停控制触发器Cr，使TS1—TS4信号输出可控。

STEP（单步）STOP（停机）分别来自实验板上方中部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。

START建是来自实验板上方中部的一个微动开关，当START的按键信号STEP开关为0时（EXEC），一旦按下启动键，运行触发器Cr一直处于“1”状态，因此时序信号TS1—TS4将周而复始地发送出去。

当STEP为1时（STEP），一旦按下启动键，机器便处于处于单步运行状态，此时只发送1个CPU周期的时序信号就停机。

利用单步方式，每次只读一条微指令，可以观察到指令的代码与当前微指令的执行结果。

另外，当机器连续运行时，如果STOP开关置“1”（STOP），也会停机。

由于时序控制电路的内部线路已经连好，所以只需将时序电路与方波信号源连接（即将时序电路的脉冲输入端Ø接至方波信号发生器输出端H23），时序电路的CLR已经接至实验板右下方的CLR模拟开关上。

四、实验内容1、微程序控制电路微程序控制电路组成：控制存储器（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（74LS273）和1片4D（74LS175）触发器组成），微地址寄存器6位（用3片正沿触发的双D触发器（74LS74）组成，它们带有清“0”端和预置端）。

在不判断测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。