实验六-微程序控制单元实验上课讲义

计算机组成原理微程序控制单元实验## 微程序控制单元实验### 简介微程序控制单元（Microprogram Control Unit）是计算机组成原理中的一个重要概念。

它是一种基于微指令的控制方式，有效地解决了指令复杂度高、设计难度大的问题。

本篇文档将介绍微程序控制单元的实验原理和方法。

### 实验目的通过本次实验，我们将能够深入了解微程序控制单元的工作原理，理解微程序控制单元在计算机系统中的重要性，并通过实践掌握微程序的设计与编写。

### 实验内容1. 将微指令存储器的内容读入到微程序存储器中；2. 设计微指令的控制信号；3. 实现微程序控制单元的功能；4. 编写测试程序，验证微程序控制单元的正确性。

### 实验步骤#### 第一步：读取微指令存储器内容将微指令存储器中已经设计好的微指令读入到微程序存储器中。

这一步骤可以使用硬件开关、编程方式或者仿真软件进行。

#### 第二步：设计微指令的控制信号根据实验需求，设计微指令的控制信号。

微指令的控制信号包括指令码、操作码、地址码等等，根据具体的实验需求而定。

#### 第三步：实现微程序控制单元的功能将设计好的微指令的控制信号与微程序控制单元进行连接。

确保微程序控制单元能够正确地根据微指令的控制信号来执行相应的操作。

#### 第四步：编写测试程序编写测试程序，验证微程序控制单元的正确性。

测试程序需要覆盖到微程序控制单元的各个功能模块，包含不同类型的指令和操作，以确保微程序控制单元的完整性和鲁棒性。

#### 第五步：测试与调试将编写好的测试程序加载到微程序控制单元中，进行测试和调试。

通过观察微程序控制单元的输出结果，排查可能存在的问题并进行修正，以保证其正确性和稳定性。

### 实验总结通过本次实验，我们深入了解了微程序控制单元的工作原理，并通过实践掌握了微程序的设计与编写。

微程序控制单元的应用可以提高计算机系统的灵活性和可扩展性，同时也降低了整个系统的复杂度和设计难度。

计算机组成原理微程序控制单元实验
微程序控制单元是计算机组成原理中的一个重要组成部分，其工作原理是将指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。

以下是一个微程序控制单元的实验流程:
1. 提取指令：从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。

提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。

2. 解码：根据 CPU 的指令集架构 (ISA) 定义将数值解译为指令。

解码阶段将指令分解成一系列的微操作。

3. 控制命令发出：根据指令中的微操作，发出各种控制命令，例如读写控制、存储器选择、微操作执行等。

这些控制命令用于执行微操作系列。

4. 执行微操作：根据控制命令，执行微操作系列。

微操作通常是一些小规模的运算，例如存储器读写、算术运算等。

这些微操作被分解成一系列的微操作，然后由微程序控制单元执行。

5. 写回结果：完成微操作系列后，将结果写回到存储器或高速缓冲存储器中。

6. 跳转：如果需要，可以通过跳转指令来跳转到其他指令执行。

7. 重复：如果指令需要多次执行，可以通过重复指令来实现。

通过以上步骤，微程序控制单元可以实现对计算机指令的控制，从而实现计算机的功能。

值得注意的是，微程序控制单元是计算机组
成原理中的一个抽象概念，实际上并不存在具体的硬件实现。

实验六 微程序控制单元实验一、实验目的1. 熟悉微程序控制器的工作原理。

2. 掌握微程序编制及微指令格式。

二、实验要求按照实验步骤完成实验项目，熟悉微程序的编制、写入、观察运行状态。

三、实验原理⒈ 微程序控制电路微程序控制器的组成见图6-1，其中控制存储器采用4片6116静态存储器 ，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。

微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D 触发器(74)组成，它们带有清零端和置位端。

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置位端将某一触发器输出端置为“1”状态，完成地址修改。

⒉ 微指令格式表6-1A 字段B 字段A 、B 二译码字段，分别由6个控制位译码输出多位。

B 段中的PX3、PX2、PX1 三个测试字位。

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地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。

⒊微程序流程与代码图6-2为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到模型机（一）所例举的8位指令代码。

图6-2微程序流程图四、实验内容（一）微程序的编写为了解决微程序的编写，本装置设有微程序读写命令键，学生可根据微地址和微指令格式将微指令代码以快捷方式写入到微程序控制单元。

具体的操作方法是按动位于本实验装置右中则的红色复位按钮使系统进入初始待令状态。

再按动【增址】命令键使工作方式提示位显示“H”。

微程序存贮器读写的状态标志是：显示器上显示8个数字，左边1、2位显示实验装置的当前状态，左边3、4位显示区域号（区域的分配见表7-2），左边5、6位数字是微存贮单元地址，硬件定义的微地址线是ua0~ua5共6根，因此它的可寻址范围为00H~3FH；右边2位数字是该单元的微程序，光标在第7位与第8位之间，表示等待修改单元内容。

控制器的组成及设计实验--- 微程序控制器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。

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。

微程序控制单元实验、指令部件模块实验、时序与启停实验微程序控制单元实验：微程序控制单元是计算机中的一种重要的控制单元，它采用微程序控制方式来实现计算机指令系统的控制。

微程序控制单元实验可以帮助我们了解微程序控制单元的工作原理和实现过程。

具体实验步骤如下：1. 制作微指令表：根据计算机指令系统的要求，编制微指令表。

2. 编写微程序：根据微指令表的要求，编写微程序。

3. 测试微程序：将编写好的微程序加载到微程序存储器中，并对微程序进行测试，确保其功能正常。

4. 部署微程序：将测试通过的微程序部署到微程序控制单元中，并进行整机测试，确保微程序控制单元能够正确地控制整个计算机。

指令部件模块实验：指令部件模块是计算机中的一个重要模块，它负责译码指令并执行相应的操作。

指令部件模块实验可以帮助我们了解指令部件模块的功能和实现过程。

具体实验步骤如下：1. 制作译码表：根据计算机指令系统的要求，编制译码表。

2. 编写指令部件模块：根据译码表的要求，编写指令部件模块。

3. 测试指令部件模块：将编写好的指令部件模块加载到计算机中，并对其进行测试，确保其功能正常。

4. 整机测试：将指令部件模块与其他计算机模块结合起来进行整机测试，确保整个计算机能够正确地工作。

时序与启停实验：时序与启停是计算机中的一个重要模块，它负责计算机各个模块之间的时序关系和控制计算机的启停。

时序与启停实验可以帮助我们了解时序与启停的功能和实现过程。

具体实验步骤如下：1. 编写时序控制程序：根据计算机的时序关系，编写时序控制程序。

2. 编写启停控制程序：根据计算机的启停需求，编写启停控制程序。

3. 测试时序与启停控制程序：将编写好的时序与启停控制程序加载到计算机中，并对其进行测试，确保其功能正常。

4. 整机测试：将时序与启停控制程序与其他计算机模块结合起来进行整机测试，确保整个计算机能够正确地工作。

计算机组成原理微程序控制单元实验微程序控制单元是计算机系统中的一种控制方式，它通过存储在存储器中的一组微指令序列来完成对计算机操作的控制。

微程序控制的特点是将指令解码操作交给微程序控制器来完成，使得计算机系统更加模块化，易于维护和升级。

在本文中，我们将介绍计算机组成原理微程序控制单元实验相关参考内容，包括实验原理、实验步骤和实验结果分析等。

实验原理微程序控制单元实验的目的是了解微程序控制器的工作原理，熟悉微指令的生成和调用过程。

实验中，我们需要使用一个可编程逻辑器件（如FPGA）来实现微程序控制单元。

具体的实验原理可分为以下几个方面：1.微程序控制单元的基本结构微程序控制单元的基本结构由微程序存储器、微指令计数器、数据线、地址线和状态寄存器等组成。

微程序存储器用于存储微指令序列，微指令计数器用于计数微指令的执行次数，数据线用于传输数据信息，地址线用于传输地址信息，状态寄存器用于存储各个状态的标志位。

2.微指令的生成方式微指令可以通过硬布线方式生成，也可以通过微程序存储器生成。

本实验中，我们将采用微程序存储器生成的方式。

微程序存储器的结构类似于一个ROM，存储着各个微指令的操作码。

通过地址线和控制信号的组合，我们可以选择需要执行的微指令操作。

3.微指令的调用过程在执行一条指令时，首先要将指令解码，得到该指令的操作码和操作数。

接着，通过微控制器的微程序存储器，查找并执行对应的微指令操作。

微指令的执行可能涉及到内存、寄存器、算术逻辑单元等各个部分，最终完成指令的执行。

实验步骤下面是计算机组成原理微程序控制单元实验的具体步骤：步骤一：设计微程序控制器的硬件电路根据FPGA开发板的型号和实验要求，设计微程序控制单元的硬件电路，并且将其烧录到FPGA芯片中。

在设计电路时要考虑到各种指令和相应的微指令，分析指令的执行流程，进而推导出各种情况下微指令的生成方式。

步骤二：编写微指令程序利用软件编写微指令程序，将每条指令拆分成组合微命令的形式，生成微程序。