计算机组成原理实验 2.4 微程序控制器实验

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。

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)。

2015 年 5 月 24 日课程名称：计算机组成原理实验名称：微程序控制器原理实验班级：学号：姓名：指导教师评定：_________________ 签名：_____________________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：微程序控制器的原理图见图4-1（a）、4-1（b）、4-1（c）。

图4-1（a）控制存储器电路图4-1（b）微地址形成电路图4-1（c）微指令译码电路以上电路除一片三态输出8D触发器74LS374、三片EFPROM2816和一片三态门74LS245，其余逻辑控制电路均集成于EP1K10内部。

28C16、74LS374、74LS245芯片的技术资料分别见图4-2~图4-4.图4-2（a）28C16引脚图4-2（b） 28C16引脚说明工作方式/CE /OE /WE输入/输出读后备字节写字节擦除写禁止写禁止输出禁止L L HH ××L H LL12V L××H× L ×× H ×数据输出高阻数据输入高阻高阻高阻高阻图4-2（c）28C16工作方式选择图4-5（a）74LS374引脚图4-5（b）74LS374功能图4-8（a）74LS245引脚图4-8（b）74LS245功能五、工作原理：1．写入微指令在写入状态下，图4-1（a）中K2须为高电平状态，K3必须接至脉冲/T1端，否则无法写入。

MS1-MS24为24位写入微代码，由24位微代码开关（此次实验采用开关方式）。

uA5-uA0为写入微地址，采用开关方式则由微地址开关提供。

K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址（如图4-1（b）所示），同时写脉冲将24位微代码写入当前微地址中（如图4-1（a）所示）。

计算机组成原理实验报告实验报告运算器实验⼀、实验⽬的掌握⼋位运算器的数据传输格式，验证运算功能发⽣器及进位控制的组合功能。

⼆、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运⽤。

三、实验原理实验中所⽤的运算器数据通路如图2-3-1所⽰。

ALU运算器由CPLD描述。

运算器的输出FUN经过74LS245三态门与数据总线相连，运算源寄存器A和暂存器B的数据输⼊端分别由2个74LS574锁存器锁存，锁存器的输⼊端与数据总线相连，准双向I/O 输⼊输出端⼝⽤来给出参与运算的数据，经2⽚74LS245三态门与数据总线相连。

图2-3-1运算器数据通路图中A WR、BWR在“搭接态”由实验连接对应的⼆进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产⽣的脉冲把总线上的数据打⼊，实现运算源寄存器A、暂存器B的写⼊操作。

四、运算器功能编码算术运算逻辑运算K23~K0置“1”，灭M23~M0控位显⽰灯。

然后按下表要求“搭接”部件控制路。

表2.3.2 运算实验电路搭接表算术运算1.运算源寄存器写流程通过I/O单元“S7~S0”开关向累加器A和暂存器B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K18=K17=“1”，按下流程分别读A、B。

3.加法与减法运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），为算术加，FUN及总线单元显⽰A+B的结果令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），为算术减，FUN及总线单元显⽰A－B的结果。

逻辑运算1.运算源寄存器写流程通过“I/O输⼊输出单元”开关向寄存器A和B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K17= K18=1，按下流程分别读A、B。

①若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=A，即A内容送到数据总线。

②若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=B，即B内容送到数据总线。

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。

湖南师范大学工程与设计学院计算机组成原理实验报告姓名：年级：2014级专业：计算机科学与技术学号：**********任课教师：***开课时间：2015~2016学年第二学期湖南师范大学工程与设计学院实验数据报告单实验课程：计算机组成原理实验题目：基本运算器实验实验日期：2016年 6月13日专业：计算机年级：2014级班级:五班姓名：一.实验目的：1.了解运算器的组成结构2.掌握运算器的工作原理二..实验内容：主要内容：该试验旨在了解运算器内部运算过程及组成结构，并能进行一些简单的数据运算。

该实验通过一片CPLD来实现运算器部件的功能，在接好的实验电路上，用CMA软件将数据加载加入内存，最终实现通过设置CON单元的S3、S2、S1、S0以及时序T1、T2、T3、T4的不同值来实现不同的功能。

表现在：用S3、S2、S1、S0的不同值并配合CN的值来实现将寄存器A、寄存器B中的两个数进行逻辑运算、移位运算、算术运算，并且加上时间脉冲的加入，并且能够准确的实现值的输出。

结果体现在：用FC灯亮表示有进位，FZ灯亮表示零标志，D7…D0灯显示通过运算后得出来的值。

三.实验原理图：图一（运算器原理图）四.实验数据与分析：0000：功能是F＝A（直通），因为A=65,所以F＝65,且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0001: 功能是F=B （直通），因为A=A7,所以F＝A7,且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0010: 功能是F＝AB,也就是A与B的逻辑与，所以F=25, 且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0011：功能是F=A+B,也就是A与B的逻辑或，所以F=E7, 且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0100: 功能是F=/A，0101：功能是F=A不带进位循环右移B(取低三位)位。

0110：功能是当CN=0时，F=A逻辑右移一位；当CN=1时，F=A带进位逻辑右移一位。

评语: 课中检查完成的题号及题数：成绩: 自评分:实验报告实验名称：微程序控制器日期：2012.12.31本人信息班级：学号：姓名：同组同学信息班级：学号：姓名：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。

3. 可以自行设计一些微程序，更好地掌握微程序控制器及其工作原理。

二、实验内容：1. 对微控器进行读写操作首先对微控器进行编程（写）（1）按图连线；（2）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；（3）使用ADDR单元的低6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；（4）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；（5）启动时序电路（按动一次TS按钮），即将微代码写入到EPROM2816的相应地址对应的单元中；（6）重复（3）（4）（5）3步。

再对微控器进行校验（读）（1）将MC单元编程开关置为“校验”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；（2）使用ADDR单元的低6位SA5……SA0给出微地址MA5……MA0，相应的地址单元的数据将会被读出，重复本步。

2. 运行微程序。

3. 自行按要求设计微程序，要求编写用微程序实现存储器中两个单字节十六进制数的加法运算，结果输出至OUT单元。

要求：操作数由IN单元R0 MEMMEM R0 ALUALU R0 结果 OUT单元输出三、项目要求及分析：对于该思考题要求操作数由IN单元输入，经过R0存至MEM，再由MEM中经过R0到ALU 进行运算，将运算结果经过R0由OUT单元输出。

可以这样考虑，首先将要输入数据的地址通过IN单元输入至AR中，然后再通过IN单元将要输入的数据通过R0存至MEM中，这样可以将要参与运算的两个数据按其地址存入MEM中，接着可以输入要参与运算的数据的地址来将MEM中的数据通过R0存入ALU 中的两个寄存器中，然后ALU进行加法计算，将结果经由R0输出至OUT单元。

实验一运算器组成实验一、实验目的1、掌握运算器的组成及工作原理；2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；3、验证带进位控制的运算器功能。

二、实验设备1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套2、排线若干。

三、工作原理：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。

集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。

它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。

三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。

四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。

四、实验内容：验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。

五、实验步骤1、按照实验指导说明书连接硬件系统；2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：1)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；2)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；3)、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；4)、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。

5)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。

6)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。