计算机组成原理实验报告记录3微程序控制器实验

计算机组成原理实验之微程序控制器实验一、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、实验内容1．实验电路（1）时序发生器电路本实验所用的时序电路见图4.1。

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4.1 时序信号发生器（2）微程序控制器电路图4.2微程序控制器电路微地址转移逻辑表达式:A5＝D5＝μA5；A4＝D4＝C•P2+μA4；A3＝D3＝IR7•P1+μA3；A2＝D2＝IR6•P1+SWC•P0+μA2；A1＝D1＝IR5•P1+SWB•P0+μA1；A0＝D0＝IR4•P1+SWA•P0+μA0。

2．一些关键技术（1）微指令格式图4.3微指令格式（3）上述8条指令的微程序流程图如图4.4所示图4.4微程序流程图（4）微程序代码表表4-2微程序代码表微指令KT RRF WRF RRM WRM PR当前微地址00 0C 1E 06 07 0B 1D 0D 0E 0A 02 03 09 04 05 08 0F 下一微地址08 1E 06 07 1E 1D 0D 0E 1D 02 03 02 04 05 04 0F 10P0 1 . . . . . . . . . . . . . . . .P1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1P2 . . . . . . . . . . . . . . . . .备用. . . . . . . . . . . . . . . . .TJ . 1 . . 1 1 . 1 1 . 1 . 1 . 1 . .LDIR . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1PC+1 . . . . . . . . . . . . . . . . .LDPC# . 1 . . . 1 . . . . . . . . . 1AR+1 . . . . . . . . . . . 1 . . 1 . .LDAR# . 1 . . . 1 . . . 1 . . 1 . . . . LDDR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . LDDR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . LDRi . . . . . . . . 1 . . . . . . . .SW_BUS# . 1 1 . . 1 1 . 1 1 . . 1 1 . 1 . RS_BUS# . . . . 1 . . . . . . . . . . . . ALU_BUS# . . . . . . . . . . . . . . . . . RAM_BUS# . . . . . . . . . . 1 . . . . . . CER# . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1 CEL# . . 1 . . . 1 . . . 1 . . 1 . . . LR/W# . . 0 . . . 0 . . . 1 . . 0 . . . Cn# . . . . . . . . . . . . . . . . .M . . . . . . . . . . . . . . . . .S0 . . . . . . . . . . . . . . . . .S1 . . . . . . . . . . . . . . . . .S2 . . . . . . . . . . . . . . . . .S3 . . . . . . . . . . . . . . . . .表4-2微程序代码表(续)微指令ADD SUB AND STA LDA JC STP OUT当前微地址10 18 11 19 12 1A 13 1B 14 1C 15 1F 16 17 下一微地址18 0F 19 0F 1A 0F 1B 0F 1C 0F 0F 0F 0F 0FP0 . . . . . . . . . . . . . .P1 . . . . . . . . . . . . . .P2 . . . . . . . . . . 1 . . .备用. . . . . . . . . . . . . .TJ . . . . . . . . . . . . 1 1LDIR . . . . . . . . . . . . . .PC+1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 1 . 1 1LDPC# . . . . . . . . . . . 1 . .AR+1 . . . . . . . . . . . . . .LDAR# . . . . . 1 . 1 . . . . .LDDR1 1 . 1 . 1 . 1 . . . . . . .LDDR2 1 . 1 . 1 . . . . . . . . .LDRi . 1 . 1 . 1 . . . 1 . . . .SW_BUS# . . . . . . . . . . . . . .RS_BUS# . . . . . . 1 . 1 . . 1 . 1ALU_BUS# . 1 . 1 . 1 . 1 . . . . . .RAM_BUS# . . . . . . . . . 1 . . . .CER# . . . . . . . . . . . . . .CEL# . . . . . . . 1 . 1 . . . .LR/W# . . . . . . 0 . 1 . . . .Cn# . . . 1 . . . . . . . . . .M . 0 . 0 . 1 . 0 . . . . . .S0 . 1 . 0 . 1 . 0 . . . . . .S1 . 0 . 1 . 1 . 0 . . . . . .S2 . 0 . 1 . 0 . 0 . . . . . .S3 . 1 . 0 . 1 . 0 . . . . . .注：后缀为＃的信号都是低电平有效信号，为了在控存ROM中用“1”表示有效，这些信号在控制器中经过反相后送往数据通路。

计算机组成原理实验报告时间：2012.11.26 地点：实验大楼4楼北成绩：班级：xxxxxx 学号：xxxxxx 姓名：xx班级：xxxxxx 学号：xxxxxxx 姓名：xx题目：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、实验内容及要求：3．熟悉微指令的编写方式，编码格式，了解机器指令与微指令之间的关联。

4．设计微指令，以实现从存储器中读出8位二进制数并进行加法计算的功能。

三、实验步骤、观察与思考：实验步骤：1.连线，将实验电路板上的所需单元用排线连接起来，以实现数据通路。

2.对微控制器的读写操作（1）手动读写：（默认为已实现线路连接）进行手动读或写，都需要手动给出地址，系统专门安排了一个ADDR单元，作为地址输入。

ADDR单元实为一个加减计数器。

当开关为“加1”挡时，在T2的下沿计数器进行加1计数；当开关为“减1”挡时，在T2的下沿计数器进行减1计数；当开关置为“置数”挡时，计数器置初值，其作用相当于直通，SA7…SA0的输出值就是二进制开关组的值。

在实验中选择什么挡位，取决于写入数据的地址是否连续，如果是连续地址，选择“加1”或是“减1”挡会方便一些。

如果是离散地址，选择“置数”挡会方便一些。

1）手动对微控制器进行编程（写）。

a.修改连线，以方便实现手动控制（完成读写操作后恢复）；b.将MC单元编程开关置为“编程”挡，时序单元状态开关置为“单步”挡，ADDR单元状态开关置为“置数”挡。

c.使用ADDR单元的低六位SA5…SA0给出微地址MA5…MA0，微地址可以通过MC单元的MA5…MA0微地址灯显示。

d.CON单元SD27…SD20,SD17…SD10,SD07…SD00开关上置24位微代码，待写入值由MC单元的M23…M0 24位LED灯显示。

e.启动时序电路（按动一次TS按钮），即将微代码写入到EEPROM2816的相应地址对应的单元中。

目录1.实习的目的和任务 (1)1.1目的 (1)1.2任务 (1)2.实习要求 (1)3.实习地点 (1)4.主要仪器设备 (1)5.实习内容 (1)5.1计算机整机 (1)5.2计算机外设 (2)5.3流水型微程序控制器的设计与调试 (2)5.3.1实验原理 (2)5.3.2 CPLD设计程序 (7)5.3.3实验步骤 (7)5.3.4调试 (10)5.3.5性能分析对比 (10)6.问题讨论与分析 (10)7.结束语 (11)参考文献 (11)计算机组成原理课程实习1.实习的目的和任务1.1目的进一步融会贯通教材内容，掌握计算机各功能模块的工作原理、相互联系和来龙去脉，完整地建立计算机整机概念；激发学生的学习热情和主动性，培养学生的独立工作能力，在实践活动中，将所知识综合运用，增长才干，并积累经验；培养严谨的科研作风，使学生利用先修课和计算机组成原理课程的理论知识和实验技能，在该课程所涉及的工程技术范围内，创造性地完成部件及系统的分析、设计、组装和调试，进一步加强实验技能的训练。

1.3任务（1）分析计算机整机系统；分析计算机外设与主机的关系。

（2）在基本模型机的基础上，进一步将其构成一台具有流水功能的模型机。

（3）学习掌握流水微程序控制器的设计原理。

2.实习要求（1）按照实习要求完成相应的实习任务；（2）实现实习目的；（3）完成实习报告。

3.实习地点田家炳4044.主要仪器设备（实验用的软硬件环境）（1）ZY15CompSys12BB计算机组成原理及系统结构实验箱一台（2）排线若干（3）PC机一台5.实习内容5.1计算机整机计算机系统是一个由硬件、软件组成的多层次结构，它通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。

计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器（硬盘、U盘、移动硬盘等）、控制器、适配器、输入输出设备（键盘、鼠标器、激光印字机等）。

微程序控制器实验报告一、实验目的(1)掌握微程序控制器的功能、组成知识。

（2）掌握为程序的编制、写入、观察微程序的运行二、实验设备：PC机一台，TD-CM3+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的为命令序列，完成数据传送和个汇总处理操作，他的执行方法是将控制各部件的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照及其指令一眼，用数字代码的形式表示，这种表示陈伟微指令。

这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种为指令序列称作为程序。

微程序存储在一种专用的存储器中，成为控制储存器四、实验步骤1.对为控制器进行读写操作：（1）手动读写：①按图连线：②将MC单元编程开关置为“编程”档，时序单元状态开关置为“单步”档，ADDR 单元状态开关置为“置数”档③使用ADDR单元的低六位SA5…SA0给出微地址MA5…MA0，微地址可以通过MC 单元的MA5…MA0微地址灯显示④CON单元SD27…SD20，SD17…SD10，SD07…SD00开关上置24位微代码，待写入值由MC单元的M23…M024位LED灯显示⑤启动时序电路（按动一次TS按钮），即将微代码写入到E2PROM2816的相应地址对应单元中⑥重复③④⑤三步，将下图微代码写入2816芯片中二进制代码表（2）联机读写：①将微程序写入文件，联机软件提供了微程序下载功能，以代替手动读写微控制器，但微程序得以指定的格式写入本次试验的微程序如下：：//************************************************************// :// // :// 微控器实验指令文件 // ：// // ：//************************************************************// ：//***************Start Of MicroController Data****************//$M 00 000001;NOP$M 01 007070;CON(INS)->IR,P<1>$M 04 002405;R0->A$M 05 04B201;R0->B$M 30 001404;A加B->RO$M 32 183001;IN->R0$M 33 280401;R0->OUT$M 35 000035;NOP;//***************End Of MicroController Data*******************// ②写入微程序用联机软件的“【转存】-【装载数据】”功能将改格式文件装载入试验系统。

任课教师：张芳、许建龙《计算机组成原理》（2013-2014学年第2学期）实验报告学号：姓名：班级：微程序控制器实验报告一、实验目的：1)了解TEC-2机控制器部件的组成2)熟练掌握56位微指令中各字段的含义3)可以通过微码自己用监控程序编程序，实现两数相加和相减，以及更复杂的操作二、实验仪器：主机一台三、简要原理：1．TEC-2机的控制器部件的组成TEC-2机控制器部件的关键内容包括：（1）由7片LS6116随机读写存储器芯片组成的56位字长的微程序控制存储器，用于存放TEC-2机的微程序。

其内容在刚加电时不定，加电后将首先从2片ROM（LS2716芯片）中读出固化的、用于实现53条机器指令的微程序，经组织后写入这一控制存储器，这一过程称为装入微码。

装入完成后，将从监控程序的零地址执行指令，完成TEC-2机的启动过程。

这之后，还可以用LDMC指令按规定的办法向控制存储器写入新的微程序，以实现新的机器指令。

从简化逻辑框图上可以看到，控制存储器的地址为μRA9~μRA0，读出的信息送微指令流水线寄存器PLR。

（2）微指令寄存器PLR由7片8位的寄存器芯片（6片LS374和1片LS273）组成，用于存放当前微指令的内容，更具体的说明将在后面给出。

（3）微程序定序器AM2910芯片（其内部结构、引脚信号和运行原理等稍候详细说明），是微程序控制器中非常关键、也是稍微难懂一点的部分。

在学习中要正确理解。

它的核心功能是依据机器的运行状态与当前微指令的有关内容等，正确地形成下一条微指令的地址，以保证微程序按要求的微指令序列关系自动地逐条衔接执行。

（4）程序计数器PC和当前指令地址寄存器IP，是用运算器通用寄存器组中的两个选定的寄存器R5和R6实现的，这在图上见不到。

（5）指令寄存器IR，用于存放当前正在执行的指令内容。

（6）为AM2910提供输入地址信号的配套线路，包括：①由两片LS2716 ROM芯片组成的MAPROM，它将指令寄存器中的操作码转换成一段微程序的入口地址；②由l片LS125和1片LS244组成的接收内部总线的IB9~IB0信号的选择门电路，它把由水平板上的开关提供的微指令地址送AM2910的地址输入端；③由1片LS125和微指令寄存器的PLR55~48组成的一组地址输入，把当前微指令中的后续地址B55~46送入AM2910的地址输入端；请注意，1片LS125（共4位独立的输入和输出端）分成两组（每组两位）分别用于②和③两项用途。

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3、掌握时序发生器，rom，寄存器的组成原理二、实验内容3、详细设计首先是微指令的编写，本次实验需要编写三条微指令：BADD，ADD 和STA。

如下表：AD LDR2 R1-X R2-Y + - P NAD 000 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 10 000 001 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 010 010 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 000 011 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00 000 100 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 000 101 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 00 110 110 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 00 000 CPU周期与时序脉冲的分配：每条指令执行一个cpu周期，分为4个时序脉冲。

T（1）时进行取指令。

T（2）时将后继地址存到微地址寄存器中，并将p字段和控制字段存入微命令寄存器。

T（3）时将进行地址逻辑转移，若p字段为00或11则不用改变微地址寄存器中的地址，其他情况则需要通过判断op字段或进位标志c来改变微地址寄存器的值。

T（4）时将该条微命令输出。

4、测试结果以下是仿真波形：1、时序脉冲2、BADD（C=0）3、BADD（C=1）4、ADD5、STA测试结果准确5、实验总结这次实验，难度不在怎么写那些模块上，而是在对整个微程序控制器的运行过程的理解上和时序脉冲的分配上。

在读过书中的相关内容和与同学讨论后，我对这个实验的大概流程有了比较清楚的思路。

于是开始写代码。

这个过程算是很顺利，因为只要用到vhdl的基本语法就可以了。

写完后编译通过，开始仿真，才真正开始出现问题。

首先是清零信号，在一个时序脉冲后清零信号还是有效，无法将控存中的微指令存入寄存器，然后是输出的微命令持续的时间不对，有的持续一个cpu周期，有的持续两个cpu周期，通过增加输出，在仿真波形中查看op，c，地址转移逻辑的输出addr1，微地址寄存器的输出addr2等的波形，发现是时钟信号出现问题：我将时钟设为clk=‘1’了，于是将时钟改为rising_edge(clk)。

深圳大学实验报告课程名称：操作系统实验项目名称：微程序控制器实验学院：计算机与软件学院专业：软件工程指导教师：报告人：学号：班级：实验时间：实验报告提交时间：教务处制一、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、实验要求1．实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体设计内容，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；2．应在实验前掌握所有控制信号的作用，在脱机运算器实验中，已给出了与运算器有关的控制信号的作用，16 位机微程序控制器用到的控制信号的功能表可参见《技术说明与实验指导》的相关内容。

需要注意的是中断用到了DC23，在T4~T0= 0 0010一拍时DC23为1，其余节拍均为0；3．实验过程中，应认真进行实验操作，既不要因为粗心造成短路等事故而损坏设备，又要仔细思考实验有关内容，提高学习的主动性和创造性，把自己想不太明白的问题通过实验理解清楚，争取最好的实验效果，力求达到教学实验的主要目的；4．实验之后，应认真思考总结，写出实验报告，包括实验步骤和具体实验结果，遇到的主要问题和分析与解决问题的思路。

大家应该认识到，遇到一些问题是好事情，通过分析与解决这些问题，才提高了自己的工作能力，学习到更多的知识。

还未理解清楚，但实验结果正确了就匆忙结束实验，并没有达到教学实验的目的。

实验报告中，还应写出自己的学习心得和切身体会，也可以对教学实验提出新的建议等。

《计算机组成原理》实验报告实验三：微程序控制器实验学院：专业：班级：学号：学生姓名：实验日期：指导老师：成绩评定：计算机学院计算机组成原理实验室实 验 三一、 实验名称：微程序控制器实验二、 实验目的：掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行情况 ，了解微程序流程原理。

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。

微程序流程图：NOP00指令译码P<1>IN->R0R0->OUT NOPR0->AR0->BA+B->R00130320405333530ADDINOUTHLT01010135四、实验设备：TD-CMA实验系统一套五、实验步骤：1、对微控器进行编程（写）（1）将时序与操作台单元的开关KK1置为‘停止’档，KK3置为‘编程’档，KK4置为‘控存’档，KK5置为‘置数’档。

（2）使用CON单元的SD05-SD00给出微地址，IN单元给出低8位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关ST，将IN单元的数据写到该单元的低8位。

（3）将时序与操作台单元的开关KK5置为‘加1’档。

（4）IN单元给出中8位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关ST，将IN单元的数据写到该单元的中8位。

IN单元给出高8位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关ST，将IN单元的数据写到该单元的高8位。

（5）重复(1)(2)(3)(4)四步，将二进制代码表的微地址（地址和十六进制）写入芯片中。

2、对微控器进行校验（读）（1）将时序与操作台单元的开关KK1置为‘停止’档，KK3置为‘校验’档，KK4置为‘控存’档，KK5置为‘置数’档。

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（0TS1~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)。

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。

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。

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）。

实验三微程序控制器实验一.实验目得与要求:实验目得:1.理解时序产生器得原理，了解时钟与时序信号得波形;2.掌握微程序控制器得功能,组成知识;3.掌握微指令格式与各字段功能；4.掌握微程序得编制,写入,观察微程序得运行，学习基本指令得执行流程.实验要求：1.实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过得控制信号得作用;2.按练习一要求完成测量波形得操作，画出TS1,TS２,TＳ3，TS4得波形,并测出所用得脉冲Ф周期。

按练习二得要求输入微指令得二进制代码表，并单步运行五条机器指令. 二.实验方案:按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查无误后可接通电源.1.练习一：用联机软件得逻辑示波器观测时序信号，测量Ф，TS1，ＴS2，TS３,TS4信号得方法如下：(1）TATＥUNIT 中ＳTOP开关置为“ＲUN”状态（向上拨)，STEＰ开关置为“EX ＥＣ”状态（向上拨）。

（2) 将SWIＴCH UNＩＴ中右下角CLＲ开关置为“1”(向上拨）。

（３）按动“STAＲＴ"按钮,即可产生连续脉冲。

（4）调试"菜单下得“显示逻辑示波器窗口,即可出现测量波形得画面。

（５)探头一端接实验仪左上角得CH1,另一端接STAＴE UＮＩT中得Ф插座,即可测出时钟Ф得波形。

（6）探头一端接实验仪左上角得CH2，另一端接STＡＴE UNIT中得TS1插座，即可测出TS1得波形;(7)探头一端接实验仪左上角得CH1，另一端接ＳTA TE UＮＩT中得TＳ2插座，即可测出TＳ2得波形.（8)将红色探头一端接实验仪左上角得CH１，另一端接STAＴE ＵNIＴ中得ＴS3插座，即可测出TＳ３得波形。

(9）将红色探头一端接实验仪左上角得ＣH1，另一端接ＳTATE UNＩT中得TＳ4插座，即可测出TS4得波形。

2.观察微程序控制器得工作原理：①关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号得接线;②编程写入E２PＲOM 2８16A.将编程开关(MJ２0）置为PROM（编程）状态;B.将实验板上ＳTA TE UＮIT 中得STＥP置为STＥP状态，STOP置为RUN状态，SWIＴＣＨUNＩＴ中CLＲ开关置为1状态；C.在右上角得ＳWITＣＨUNIＴ中UＡ5—UＡ０开关上置表３、2中某个要写得微地址；D.在MK24-MK1开关上置表3、2中要写得微地址后面得24位微代码,2４位开关对应24位显示灯，开关置为１时灯亮,为0时灯灭;E.启动时序电路,即将微代码写入到E2PROM ２816得相应地址对应得单元中；F.重复Ｃ—E步骤,将表３、2得每一行写入E2PＲOM 2816。

计算机组成原理实验报告题目：微程序控制器实验一、实验目的：(1）理解时序产生器的原理,了解时钟和时序信号的波形。

（2）掌握微程序控制器的功能、组成知识。

(3）掌握微指令格式和各字段功能。

（4）掌握微指令的编制、写入、观察微程序的运行二、实验设备PC机一台，TD—CM3+实验系统一套。

三、实验内容及要求：（一）实验原理:微程序控制电路与微指令格式(A）微程序控制电路微程序控制器的组成见图10,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(74273)和一片4D（74175）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(7474）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强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。

在该实验电路中设有一个编程开关（位于实验板右上方),它具有三种状态：PROM （编程）、READ(校验)、RUN(运行）。

当处于“编程状态”时,实验者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。

当处于“校验状态”时,可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证,从而可以判断写入的二进制代码是否正确。

当处于“运行状态”时,只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。

图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。

微程序控制器原理图图10(B) 微指令格式微指令字长共24位,其控制位顺序如图所示。

图11 微指令格式A字段B字段C字MA5—-MA0为A，B，C为三个译码字段，分别由三个C字段中的P（1)是测试字位。

,从而实现微程序的顺序、分支、循环运。

图中I7一I2为指令寄存器的第7-—2位输出，SE5—SE0为微程序控制器单元微地址锁存器的强置端输出.(C）二进制代码表二进制微代码表将全部微程序按照指令格式变成二进制微代码可得上表（二）实验内容1.按照实验接线图连接好实验线路，并且检查线路，确保无误。

计算机组成原理微程序控制器部件教学实验微程序控制器是由微指令组成的，每个微指令对应一个操作或一个操作序列。

它通过微指令来描述指令的执行过程，包括指令的取指，指令的解码，操作数的获取，以及操作的执行。

微程序控制器的本质是一个状态机，通过不同的状态和状态转移来完成指令的执行，从而实现计算机的功能。

在计算机组成原理的教学实验中，微程序控制器部件是非常重要的一个实验内容。

通过搭建微程序控制器的实验平台，学生可以更好地理解计算机指令的执行过程，加深对计算机硬件的认识。

在微程序控制器部件的教学实验中，可以从以下几个方面展开。

1.搭建实验平台：首先需要搭建一个微程序控制器的实验平台，包括微指令存储器、微指令控制器、状态寄存器等硬件部件。

同时需要编写相应的微指令和微程序，对不同的指令进行模拟执行。

2.模拟指令的执行过程：通过编写微指令和微程序，可以模拟指令的执行过程。

通过手动设置各个硬件部件的状态，可以观察指令的取指、解码、执行等过程。

通过模拟执行不同的指令，可以帮助学生理解指令的执行过程和计算机的工作原理。

3.分析指令的执行效率：在实验中，可以通过不同的指令和微程序，分析指令的执行效率。

比如，可以比较不同指令的执行时间，找出其中的瓶颈和优化方法。

通过实验分析，学生可以深入理解指令的执行原理和计算机硬件的优化方法。

4.扩展实验内容：在熟悉了微程序控制器的基本原理后，可以进一步扩展实验内容。

比如，可以设计一个简单的指令集，编写相应的微指令和微程序，实现更复杂的指令的执行过程。

通过扩展实验内容，可以更好地理解微程序控制器部件的原理和功能。

总之，计算机组成原理微程序控制器部件的教学实验是一门重要的实践课程，通过搭建实验平台和编写微指令和微程序，可以帮助学生更好地理解计算机硬件的工作原理，加深对计算机指令执行过程的认识，提高计算机组成原理的学习效果。

计算机组成原理实验报告3上海⼤学计算机组成原理实验报告三姓名：学号：座位号：上课时间：教师：报告成绩：⼀．实验⽬的1. 读出系统已有的微指令，并理解其含义。

2. 设计并实现微指令系统。

⼆．实验原理1.微指令构造①译码器：前两次实验的每⼀项操作都是通过⼈⼯设置电键ki的位置——Ki编码，然后给出⼀个CK脉冲来完成。

如果有⼀个器件能给出对应与每个操作的ki编码，这个器件就可以代替我们来为操作译码——产⽣控制信号，这个器件就是指令译码器，也叫控制器。

常见的控制器有两种：⽤组合逻辑电路实现控制信号的逻辑电路结构和⽤存储器实现控制信号的微程序结构。

前者将在《在系统编程技术及应⽤》课程中学习。

这⾥学习后者。

②微指令：把⼀个操作的控制总线编码放在⼀个存储单元中，同时给出调⽤这个单元的⽅法（例如：这个单元的地址），则对使⽤者⽽⾔，这个调⽤⽅法等价于控制总线编码本⾝，⼆者都称为微指令（不同场合具体指向不同或没有区别）。

对于操作：“ACH送⼊寄存器A”有ki编码：1111 11110，假定将其存⼊⼀个地址为F3H的随意选取的存储器单元中，且可以⽤“读F3”的⽅式取出这个内容并送上控制总线，则“读F3”和1111 11110是这个操作的微指令，这两个表达形式等价。

③操作序列的形式化表述：同理：把操作“BDH送⼊寄存器W”的ki编码1111 11101存⼊随意选取的FDH地址单元；操作“A－W”的ki编码1111 00111存⼊随意选取的B2H地址单元；操作“直通门D的内容送OUT寄存器”的编码0100 111111存⼊DCH地址单元。

④实验箱的微指令系统：制造⼚的⼯程师根据这个实验箱的功能、部件数量、必须的基本操作等要求，给它安排了24条控制线——控制总线宽度为24。

相应地，每条微指令有24位、微程序存储器的每个地址也必须是24位的存储单元。

于是⼚家把3⽚8位存储器的对应地址并接在⼀起，构成⼀个24位的存储器。

具体连接见下图1。

计算机组成原理实验报告——微程序控制器实验1.一. 实验目的:2.能看懂教学计算机（TH-union）已经设计好并正常运行的数条基本指令的功能、格式及执行流程。

并可以自己设计几条指令, 并理解其功能, 格式及执行流程, 在教学计算机上实现。

3.深入理解计算机微程序控制器的功能与组成原理4.深入学习计算机各类典型指令的执行流程5.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6.学习微程序控制器的设计过程和相关技术二. 实验原理: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:1.将程序和数据通过输入设备送入存储器；2.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；3.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；4、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三. 微指令格式:1）微地址形成逻辑TH—UNION 教学机利用器件形成下一条微指令在控制器存储器的地址.下地址的形成由下地址字段及控制字段中的CI3—SCC控制.当为顺序执行时,下地址字段不起作用.下地址为当前微指令地址加1;当为转移指令(CI3—0=0011)时,由控制信号SCC提供转移条件,由下地址字段提供转移地址.2）控制字段控制字段用以向各部件发送控制信号,使各部件能协调工作。

控制字段中各控制信号有如下几类:①对运算器部件为了完成数据运算和传送功能, 微指令向其提供了24位的控制信号, 包括：4位的A、B口地址, 用于选择读写的通用积存器３组３位的控制码I８－I６、I５－I３、I２－I６, 用于选择结果处置方案、运算功能、数据来源。

３组共７位控制信号控制配合的两片GAL20V83位SST, 用于控制记忆的状态标志位2位SCI, 用于控制产生运算器低位的进位输入信号2位SSH, 用于控制产生运算器最高, 最地位（和积存器）移位输入信号②对内存储器I/O和接口部件, 控制器主要向它们提供读写操作用到的全部控制信号, 共3位, 即MRW③对CPU内部总线数据来源的控制, 主要通过3位编码标记为DCD, 来选择把哪一组数据发送到内部总线（IB）上。

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。