(完整word版)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)。

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。

南京晓庄学院信息工程学院计算机组成原理课程实验报告实验名称：微控制器实验年级专业班级：14 级计算机专业专本1班班级学号： 14131521 姓名：殷宇翔学号：姓名：时间： 2016 年 12 月 3 日一、实验目的、要求：1、掌握时序信号发生电路组成原理。

2、掌握微程序控制器的设计思想和组成原理。

3、掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。

二、实验仪器设备、器件及环境：三、实验方法、原理：实验所用的时序电路原理如图2.6.1所示,可产生4个等间隔的时序信号TS1～TS4 ，其中SP为时钟信号，由实验机上时钟源提供，可产生频率及脉宽可调的方波信号。

学生可根据实验要求自行选择方波信号的频率及脉宽。

为了便于控制程序的运行，时序电路发生器设计了一个启停控制触发器UN1B，使TS1～TS4信号输出可控。

图中“运行方式”、“运行控制”、“启动运行”三个信号分别是来自实验机上三个开关。

当“运行控制”开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“连续”时，一旦按下“启动运行”开关，运行触发器UN1B的输出QT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“运行控制”开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“单步”时，一旦按下“启动运行”开关，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。

利用单步方式，每次只运行一条微指令，停机后可以观察微指令的代码和当前微指令的执行结果。

另外，当实验机连续运行时，如果“运行方式”开关置“单步”位置，也会使实验机停机。

（1）微程序控制电路微程序控制器的组成如图2.6.2，其中控制存储器采用3片E2PROM 2816芯片，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器74LS273（U23、U24）和一片4D触发器74LS175（U27）组成。

微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器74LS74（U14～U16）组成，它们带有清“0”端和预置端。

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）。

实验四微程序控制器的组成与实现实验一、实验目的：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。

二、预习要求：1．复习微程序控制器工作原理；2．预习本电路中所用到的各种芯片的技术资料。

三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。

四、电路组成：微程序控制器的电路图见图4-1，其中虚线部分电路由EP1K10实现。

本电路由一片三态输出8D触发器74LS374、三片EEPROM2816、一片三态门74LS245和EP1K10集成的逻辑控制电路组成。

28C16、74LS373、74LS245芯片的技术资料分别见图4-2~图4-4。

图4-2（a图4-2（c）28C16工作方式选择图4-1 微控制器部分电路图图4-3（a）74LS374引脚图4-3（b）74LS374功能图4-4（a）74LS245引脚图4-4（b）74LS245功能五、工作原理：1．脉冲源和时序电路：实验所用的脉冲源和时序电路中“脉冲源输出”为时钟信号，f的频率为500KHz，f/2的频率为250KHz，f/4的频率为125KHz，f/8的频率为62.5KHz，共四种频率的方波信号，可根据实验自行选择一种方波信号的频率。

每次实验时，只需将“脉冲源输出”的四个方波信号任选一种接至“信号输入”的“fin”，时序电路即可产生4种相同频率的等间隔的时序信号T1~T4，其关系见图4-9。

电路提供了四个按钮开关，以供对时序信号进行控制。

工作时，如按一下“单步”按钮，机器处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机，波形见图4-9。

利用单步运行方式，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。

如按一下“启动”按钮，机器连续运行，时序电路连续产生如图4-9的波形。

此时，按一下“停止”按钮，机器停机。

图4-9按动“单脉冲”按钮，“T+”和“T-”输出图4－10的波形：T+T-图4－10各个实验电路所需的时序信号端均已分别连至“控制总线”的“T1、T2、T3、T4”，实验时只需将“脉冲源及时序电路”模块的“T1、T2、T3、T4”端与“控制总线”的“T1、T2、T3、T4”端相连，即可给电路提供时序信号。

CPU组成与机器指令执行实验一、实验目的（1）将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机；（2）用微程序控制器控制模型机数据通路；（3）通过CPU运行九条机器指令（排除中断指令）组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。

二、实验电路本次实验用到前面四个实验中的所有电路，包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程序计数器、指令寄存器、微程序控制器等，将几个模块组合成为一台简单计算机。

因此，在基本实验中，这是最复杂的一个实验，也是最能得到收获的一个实验。

在前面的实验中，实验者本身作为“控制器”，完成数据通路的控制。

而在本次实验中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。

CPU从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个机器指令周期，是由微指令组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微程序。

三、实验设备（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、实验任务（1）对机器指令系统组成的简单程序进行译码。

将下表的程序按指令格式手工汇编成十六进制机器代码，此项任务应在预习时完成。

（2）按照下面框图，参考前面实验的电路图完成连线，控制器是控制部件，数据通路（包括上面各模块）是执行部件，时序产生器是时序部件。

连线包括控制台、时序部分、数据通路和微程序控制器之间的连接。

其中，为把操作数传送给通用寄存器组RF，数据通路上的RS1、RS0、RD1、RD0应分别与IR3至IR0连接，WR1、WR0也应接到IR1、IR0上。

开关控制控制台时序发生器时序信号开关控制指示灯信号控制信号时序信号控制信号微程序控制器数据通路指令代码、条件信号模型计算机连线示意图（3）将上述任务（1）中的程序机器代码用控制台操作存入内存中，并根据程序的需要，用数码开关SW7—SW0设置通用寄存器R2、R3及内存相关单元的数据。

注意：由于设置通用寄存器时会破坏内存单元的数据，因此一般应先设置寄存器的数据，再设置内存数据。

实验4 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，本实验所用的时序由时序单元来提供，分为四拍TS1、TS2、TS3、TS4。

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。

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）。

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。

实验四微程序控制器设计实验(该实验的图、表可参考《计算机组成原理题解、题库、实验》书的193页“第六节常规型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)加深理解微指令与机器指令的关系。

二、实验电路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所示。

时序信号发生器图电路采用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。

本实验不涉及硬联线控制器。

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GAL22VlO芯片TIMER1(U6)中，另外它还产生节拍信号W1、W2、W3、W4的控制时钟CLK1。

TIMER1的输入信号中，MF接实验台上晶体振荡器的输出，频率为1MHz。

T1至T4的脉冲宽度为100ns。

CLR(注意，实际上是控制台上的CLR#信号，因为ABEL语言的书写关系改为CLR，仍为低有效信号)为复位信号，低有效。

实验仪处于任何状态下令CLR# = 0，都会使时序发生器和微程序控制器复位(回到初始状态)，CLR# = l时，则可以正常运行。

复位后时序发生器停在T4、W4状态，微程序地址为000000B。

建议每次实验仪加电后，先用CLR#复位一次。

控制台上有一个CLR#按钮，按一次，产生一个CLR#负脉冲，实验台印制板上已连好控制台CLR#到时序电路CLR的连线。

TJ(停机)是控制器的输出信号之一。

连续运行时，如果控制信号TJ = l，会使机器停机，停止发送时序脉冲T1－T4、W1－W4，时序停在T4。

在实验台上为了将时序信号发生器的输入信号TJ和控制存储器产生的TJ信号区分开来，以便于连线操作，在实验台上时序信号发生器的输入信号TJ命名为TJI，而控制存储器产生的信号TJ仍命名为TJ。

实验五 微程序控制器实验一．微程序控制器的组成 （看小板实物）微程序定序器：Am2910：控制存储器：7片28C64（MPROM1-- MPROM7）地址映射部件：1片28C64（MAPROM ）微指令寄存器：1片74LS374，1片74LS273，7片GAL （大板）当前微地址寄存器：1片74LS377 条件判断线路：1片GAL20V8指令寄存器：1片377和1片244（IRH7--0）1片377和1片244（IRL7--0）1． AM2910内部组成 （P68）AM2910功能------形成下一条指令地址。

(1) 四输入多路地址选择器：D R/C F μpc (2) R/C （寄存器/计数器）：寄存器——保存下一微地址，实现转移计数器——减1功能，用在循环结构的程序中，控制微循环次数 (3) μpc （微程序计数器）：增量器 ：CI=1 μpc 寄存器μpc(4) F（微堆栈）：放地址寄存器堆栈: 容量为5字，微堆栈指针μsp （用在子程序调用中）（5）D（外部直接输入）D7--0/PL：来自53位微码下地址字段（P67图6_1）/MAP：来自MAPROM/VECT ：来自手拨开关（6）命令移码器：CI3--CI0 (P69表)接收外部输入的命令码CI3--CI0，对其进行译码，产生芯片内所需的控制信号，和外部要用的/PL、/MAP、/VECT信号。

/CCEN≡0 /CC为低，表示测试成功/CC为高，表示测试失败。

2．AM2910输入/输出信号及功能（1）输入信号：D11~D0——外部直接输入的数据P68图CI3~I0——命令码，来自53位微码的有关字段/CCEN≡0；/CC 测试条件码/RLD ——R/C装入控制信号，低时，D装入R/CCI ——增量信号/OE——Y输出允许信号（2）输出信号：Y11~Y0 ——下一条微指令地址P68 /PL、/MAP、/VECT：三个使能信号，决定D的来源。

微程序控制器实验.doc微程序控制器是计算机的核心控制部件之一，它的作用是根据指令要求，控制计算机各个部件的操作和协调整个系统的工作。

本文介绍了微程序控制器实验的背景、实验目的、实验内容、实验原理、实验步骤和实验结果等相关内容。

一、背景微程序控制器是由微命令序列控制数据通路执行指令的计算机控制器。

一个微程序控制器由微指令存储器、微程序计数器、微操作控制逻辑和通用寄存器等组成。

微程序控制器采用了基于流水线的执行方式，能够实现高效、低延迟的指令处理能力。

微程序控制器广泛应用于计算机控制器中，是计算机实现指令集架构的关键部件之一。

二、实验目的了解微程序控制器的工作原理和基本结构，掌握微指令、微命令和微程序的概念和基本组成，能够通过实验演示微程序控制器的原理和操作方式，加深对计算机控制器的认识。

三、实验内容本实验中，我们将使用Verilog HDL语言设计并仿真一个微程序控制器，通过实验平台进行验证和测试。

具体实验内容包括：1. 设计微指令格式和微指令存储器的组成；2. 根据微指令，设计微命令编码和微程序逻辑，包括微程序计数器和微程序计算器的实现；3. 完成微程序控制器的RTL级别设计，并进行功能仿真和时序仿真；4. 测试实验平台，验证微程序控制器的工作原理和操作方式；5. 编写实验报告，总结实验结果和体会，进一步加深对微程序控制器的理解和掌握。

四、实验原理微程序控制器的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 按照指令格式，将指令转化成二进制编码；2. 根据指令编码，从微指令存储器中读取对应的微指令；3. 解码微指令，获取对应的微命令编码；4. 根据微命令编码，执行相应的微程序逻辑，控制计算机的操作；5. 根据微程序逻辑，通过微操作控制逻辑生成对应的控制信号，控制数据通路完成指令执行。

微程序控制器的核心是微程序计算机，它是根据微指令和微命令编码，执行相应的微程序逻辑，控制计算机的操作。

微程序计算机包括微程序计数器和微程序计算器两个部分，微程序计数器用于控制微程序的执行顺序，微程序计算器用于根据微指令生成微命令编码，并执行微程序逻辑。