实验四 常规型微程序控制器组成实验

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。

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)。

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。

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。

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。

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）。

实验四控制器的组成及设计实验控制器是计算机的核心部件，计算机的所有硬件都是在控制器的控制下，完成程序规定的操作。

控制器的基本功能就是把机器指令转换为按照一定时序控制机器各部件的工作信号，合各部件产生一系列动作，完成指令所规定的任务。

控制器的实现有两大类：硬布线控制和微程序控制。

控制器的基本功能：取指令、分析指令、执行指令、对异常情况及中断请求处理。

控制器有以下基本部分组成：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序发生器、微操作控制信号形成部件、中断机构、总线控制逻辑。

§1 微程序控制器实验一、实验目的掌握微程序控制器的组成原理及其设计方法。

二、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。

实验所用的时序信号为TS1－TS4，由时序电路产生（看第一章）。

微程序控制电路如图3.4－1所示，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3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。

电路中有一个编程开关，有 3种状态：PROM（编程）、READ（检验）、RUN（运行）。

当开关处于PROM状态时，可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2816中。

当开关处于READ时，可以对写图3.4－1 微程序控制器实验原理图入的控制代码进行验证，判断是不是有错。

当开关处于RUN时，只要给出微程序的入口地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。

微指令格式如图3.4－2所示，有24位字长，其中UA0－UA5为6位后继微地址；A、B、C为3个译码字段，C字段中的P（1）－P（4）是4个测试字位，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程序入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，指令译码原理图如第一章中图1-2所示。

实验四COP2000微程序控制器实验一、实验目的掌握微程序控制器的工作原理，并学会汇编指令和反汇编指令的运用。

二、实验要求运用COP2000软件练习使用，并编制程序，检验输出结果和工作原理。

三、实验内容数据传送实验和输入输出实验：1．在COP2000软件中的源程序窗口输入下列程序2．将程序另存为EX1.ASM，将程序汇编成机器码，反汇编窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。

3．按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。

2．将程序另存为EX1.ASM，将程序汇编成机器码，反汇编窗3．按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC 及uPC如何工作。

中断实验1．在COP2000 软件中的源程序窗口输入下列程序2．将程序另存为EX6.ASM，将程序汇编成机器码，反汇编窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。

3．按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，在跟踪程序时，按下实验仪上中断请求按钮（在软件模拟时，可以按菜单下方的中断请求快捷按钮）。

中断请求灯亮，在每个指令的最后一条微指令执行完，就会响应中断，中断响应灯高。

同时，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。

观察程序执行时，堆栈及中断请求，中断响应位的状态。

四、心得体会本次实验，我学会了如何使用COP2000，以及利用汇编指令及反汇编指令观察运算器的运算过程。

了解了一些基本的加减与或运算和中断处理。

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）。

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。

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)和RUN(运行)。

微程序控制器组成实验报告微程序控制器组成实验报告一、引言微程序控制器是计算机中的重要组成部分，它负责解析指令并控制计算机的各个部件进行相应操作。

本实验旨在通过实际操作，深入了解微程序控制器的组成和工作原理。

二、实验目的1. 理解微程序控制器的基本概念和工作原理；2. 掌握微程序控制器的组成结构；3. 实践使用微程序控制器进行指令解析和控制。

三、实验原理微程序控制器由控制存储器和控制逻辑组成。

控制存储器中存储了一系列微指令，每个微指令对应一条机器指令的执行步骤。

控制逻辑根据当前指令的操作码，从控制存储器中读取相应的微指令，并根据微指令的控制信号控制各个部件的操作。

四、实验步骤1. 搭建实验平台：将微程序控制器与计算机主板相连，并连接相应的输入输出设备；2. 下载微程序控制器的控制存储器：将预先编写好的微指令存储到控制存储器中；3. 编写控制逻辑：根据机器指令的操作码，编写相应的控制逻辑，实现指令的解析和控制；4. 运行实验：通过输入指令，观察微程序控制器的工作情况，验证控制逻辑的正确性。

五、实验结果与分析在实验中，我们成功搭建了微程序控制器的实验平台，并下载了相应的微指令。

通过输入不同的指令，我们观察到微程序控制器能够正确解析指令并控制计算机的各个部件进行相应操作。

这证明了我们编写的控制逻辑是正确的。

六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了微程序控制器的组成和工作原理。

微程序控制器通过控制存储器中的微指令，实现了对机器指令的解析和控制。

掌握了微程序控制器的基本原理后，我们能够编写相应的控制逻辑，实现自定义的指令解析和控制功能。

七、实验心得本次实验让我对微程序控制器有了更深入的了解。

通过亲自搭建实验平台和编写控制逻辑，我深刻体会到微程序控制器在计算机中的重要作用。

同时，实验过程中也遇到了一些问题，但通过不断尝试和调试，最终解决了这些问题，提高了自己的实践能力。

八、展望微程序控制器作为计算机的核心组件之一，具有广泛的应用前景。

实验四微控制器实验一、实验目旳1.熟悉微控制器的的控制原理。

2.掌握微控制器的实现方法。

二、实验要求通过控制器实验，理解计算机内部工作过程，建立计算机整机工作概念。

三、控制器组成控制器是计算机的指挥和控制中心，由它把计算机的运算器、存储器、I/O设备等联系成一个有机的系统，并根据程序所特定的微指令序列对各部件的具体要求，适时地发出各种命令，控制计算机各部件有条不紊的进行工作。

如图4-1所示，本系统控制器由组合逻辑与存储逻辑集合组成。

两者按独立控制器的规范与标准设计，既可单独控制，亦可交替互补（混合）控制，在国内率先把PLA控制理念融入微控制器的设计与实现中。

图4-1控制器组成框图1.组合逻辑型如图2-4-13所示的PLD框为组合逻辑型控制器，由可编程器件XC9572独立组成，在器件编程环境的支撑下完成微操作控制信号的设计与下载。

以取得最高操作速度为设计目标，它的缺点是繁锁、杂乱、缺乏规律性，且不易修改和扩充,缺乏灵活性。

组合逻辑控制器实质上是一个组合逻辑电骆，它将一组输入逻辑信号转換成一组输出控制信号，可称为硬布线控制器。

2.存储逻辑型如图4-1所示的CM框为存储逻辑型微程序控制器，它是采用存储逻辑来实现的，也就是把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序，存入控制存储器中，微操作控制信号由微指令产生。

微程序控制器的设计思想和组合逻辑的设计思想截然不同。

它具有设计规整，调试、维修以及更改、扩充指令方便的优点，易于实现自动化设计，已成为当前控制器的主流。

但是，由于它增加了一级控制存储器，所以指令的执行速度比组合逻辑控制器慢。

3. 组合逻辑与存储逻辑结型如图4-1所示，本系统控制器由组合逻辑与存储逻辑集合组成PLA 控制器，它是吸收前两种的设计思想来实现的。

PLA 控制器实际上也是一种组合逻辑控制器，但它又与常规的组合逻辑控制器的硬联结构不同，它是程序可编的，某一微操作控制信号由存储逻辑控制器产生。