实验四微程序控制器与指令部件实验

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。

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。

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)。

广东技术师范学院实验报告学院：计算机科学学院专业：班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：实验（四）项目名称：微过程控制器实验一、实验项目名称微过程控制器实验二、实验目的和要求（1）掌握时序发生器的组成原理。

（2）掌握微过程控制器的组成原理。

（3）掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。

三、实验原理微过程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指令序列，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指令的集合进行编码，用数字代码的形式表示。

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，微程序存储在控制存储器中。

实验所用的时序控制电路框图如图所示，可产生四个等间隔的时序信号TS1～TS4，其中Φ为时钟信号，由实验系统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；STEP（单步）是来自实验系统上方中部的一个二进制开关STEP的模拟信号；START键是来自实验系统上方左部的一个微动开关START的按键信号。

当STEP开关为0时（EXEC），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１（STEP）时，一旦按下SATRT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，当机器连续运行时，如果STEP开关置“１”，会使机器停机，CLR开关执行1→0→1操作可以使时序清零。

时序状态图如图4.5-7所示。

由于时序电路的内部电路已经连好，所以只需将时序电路与方波信号源预习情况操作情况考勤情况数据处理情况连接，即将时序电路的时钟脉冲输入端ф接至方波信号发生器输出端H23上，按动启动键START后，就可产生时序信号TS1～TS4。

福建农林大学计算机与信息学院计算机类实验报告课程名称：计算机组成原理姓名：周孙彬系：计算机专业：计算机科学与技术年级：2012级学号：3126010050指导教师：张旭玲职称：讲师2014年06 月22日实验项目列表序号实验项目名称成绩指导教师1 算术逻辑运算单元实验张旭玲2 存储器和总线实验张旭玲3 微程序控制单元实验张旭玲4 指令部件模块实验张旭玲福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机专业：计算机科学与技术年级： 2012级姓名：周孙彬学号： 3126010050 实验课程：实验室号：_______ 实验设备号：实验时间：指导教师签字：成绩：实验一算术逻辑运算单元实验实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式2、掌握74LS181的功能和应用实验要求完成不带进位位算术、逻辑运算实验。

按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。

实验说明1、ALU单元实验构成（如图2-1-1）1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。

2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。

运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT 作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。

图2-1-1图2-1-22、ALU单元的工作原理（如图2-1-2）数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。

同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2。

算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（S0、S1、S2、S3、M、CN）。

当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。

实验四常规型微程序控制器组成实验一、实验目的1、分析时序产生器的实例。

2、深入理解、掌握微程序控制器的组成原理。

3、学习、掌握微指令格式的化简和归并。

二、实验类型验证型。

三、实验仪器1、TEC-4计算机组成原理实验系统一台。

2、双踪示波器一台。

3、直流万用表一只4、逻辑测试笔一支四、实验原理1、时序发生器TEC-4计算机组成原理实验系统的时序电路如图4所示。

电路采用2片GAL22V10（U6，U7），可产生两级等间隔时序信号T1-T4和W1-W4，其中一个W由一轮T1-T4循环组成，它相当于一个微指令周期或硬联线控制器的一拍，而一轮W1-W4循环可供硬联线控制器执行一条机器指令。

图4时序电路本次实验不涉及硬联线控制器，因此时序产生器中的相关内容也可根据需要放到硬联线控制器实验中进行。

微程序控制器只使用时序信号T1-T4，产生T信号的功能集成在GAL22V10芯片TIMER1（U6），另外它还产生节拍信号W1，W2，W3，W4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,T2,T3,T4’“2000,9“INPUTMF,CLR,QD,DP,DZ,TJ,P1,INTC,INTS,DB PIN 1..10W4 PIN 13;“OUTPUTT1,T2,T3,T4,QD1,QD2,ACT,INTE,QDR PIN 14..22;CLK1 PIN 23;T1,T2,T3,T4,QD1,QD2,INTE,QDR,ISTYPE’REG’;ACT,CLK1,ISTYPE’COM’;CLK=.C. ;S=[T1,T2,T3,T4,QD1,QD2,INTE,QDR];EQUATIONSQD1 :=QD;QD2: =QD1;ACT=QD1& ! QD2;QDR=CLR & QD #CLR & QDRQDR:=CLR & T4& ACT # CLR & T4 & ! (DP#TJ # DZ & P1 # DB & W4) & QDRT2:=CLR & T1;T3:=CLR & T2;T4:=!CLR # T3 # T4 & ! ACT & (DP # TJ # DZ & P1 # DB & W4) # ! QDR;INTE: = CLR & INTS # CLR & INTE & ! INTC;CLK1 = T1 # ! CLR & MF;S. CLK = MFEND硬联线控制器中使用时序信号W1-W4，产生W信号的功能集成在GAL22V10芯片TIMER2（U7）中，该芯片的逻辑功能用ABEL语言实现，其源程序如下：MODULE TIMER2TITLE’ CLOCK GGENERATOR W1 W2 W3 W4’“2000, 9”INPUTCLK1,INTR,IE,PIN 1..3;CLR, SKIP PIN 5..6”OUTPUTW1,W2,W3,W4,INTR1 PIN 14..18 ISTYPE”’REG;INTQ PIN 20 ISTYPE’COM’;CLK=.C. ;EQUATIONSW1: = CLR & W4W2: = CLR& W1 & ! SKIP;W3: = CLR & W2 & ! SKIP;W4: = ! CLR # W3 # SKIP & W1 # SKIP & W2INTR1: = INTR;INTQ = IE & INTR1;[W1,W2,W3,W4,INTR1].CLK = CLK1;ENDTIMER1和TIMER2中还集成了中断逻辑。

实验五、微程序控制器组成实验一、实验目的1.掌握时序产生器的组成原理。

2.掌握微程序控制器的组成原理。

3.掌握微指令格式的化简和归并。

二、实验设备TEC-4计算机组成原理教学实验仿真系统三、实验电路1．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模块的基础上，又增加程序计数器PC（U18）、地址加法器ALU2（U17）、地址缓冲寄存器R4（U25、U26）和中断地址寄存器IAR（U19），详见第二节的图4。

PC和ALU2各采用一片GAL22V10，两者配合使用，可完成程序地址的存储、增1和加偏移量的功能。

R4由两片74HC298组成，带二选一输入端。

IAR是一片74HC374，用于中断时保存断点地址。

有关数据通路总体的详细说明，请参看第一节。

2．微指令格式与微程序控制器电路图4 微指令格式根据给定的12条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式见图4。

微指令字长共35位。

其中顺序控制部分10位：后继微地址６位，判别字段４位，操作控制字段25位，各位进行直接控制。

微指令格式中，信号名带有后缀“#”的信号为低有效信号，不带有后缀“#”的信号为高有效信号。

图5 微程序控制器的组成对应微指令格式，微程序控制器的组成见图5。

控制存储器采用5片EEPROM 28C64(U8、U9、U10、U11、U12)。

28C64的输出是D0—D7，分别与引脚11、12、13、15、16、17、18、19相对应，CM0是最低字节，CM4是最高字节。

微地址寄存器６位，用一片6D触发器74HC174（U1）组成，带有清零端。

两级与门、或门构成微地址转移逻辑，用于产生下一微指令的地址。

在每个T1上升沿时刻，新的微指令地址会打入微地址寄存器中，控制存储器随即输出相应的微命令代码。

微地址转移逻辑生成下一地址，等下一个T1上升沿时打入微地址寄存器。

跳转开关JUMP（J1）是一组6个跳线开关。