计算机组成原理实验3-微程序控制器实验

姓名 协作者 教师评定_____________ 实验题目_ 微 程 序 控 制 器 实 验_________________ 1. 实验目的与要求：

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。

实验要求：按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1、TS2、TS3、

TS4的波形，并测出所有的脉冲Φ的周期。按练习二的要求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指令。

2. 实验方案：

1.用联机软件的逻辑示波器观测时序信号： 测量Φ、TS1、TS2、TS3、TS4信号的方法： （1）按图接线，接一根即可；

（2）把探笔的探头端按颜色分别插到试验仪左上角的CH1、CH2，黑

探头插CH1，红探头插CH2，将黑探笔的探头插在Φ接线的上孔，将红探笔的探针夹在TS1两针之间；

（3）将实验仪的STOP开关置为RUN、STEP开关置为EXEC，“SWITCH

UNIT”中CLR开关置为1状态，按动START按键； （4）启动“组成原理联机软件”，点击“调试”菜单下的“显示逻辑

示波器窗口”，点击示波器开关，即可在屏幕上看到波形。使用“步数”或“速度”调整波形，波形调整好后，不要用同步通道来稳定波形，应该单击示波器开关，这样整个波形都停下来； （5）鼠标停留在波形线上，会有时间提示，两者相减可以算出波形

周期；

（6）测完Φ 和TS1后，接着测量TS1和TS2，把黑红探针分别夹在

TS1两根针之间和TS2两根针之间，相互比较，可以测量TS1和TS2之间相位关系。同理通过测量TS2、TS3可以测量出TS2

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和TS3之间相位关系，同理通过测量TS3、TS4可以测量出TS3和TS4之间相位关系。

2.观察微程序控制器的工作原理：

（1）关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线，按图连接实验

电路，仔细检查无误后接通电源； （2）编程写入E2PROM 2816

A.将编程开关（MJ20）置为PROM状态；

B.将实验板上STATE UNIT中的STEP置为“STEP”状态，STOP

置为“RUN”状态，“SWITCH UNIT”中CLR开关置为1状态； C.在右下角的“SWITCH UNIT”中UA5-UA0开关上表3.2中某个

要写的微地址；

D.在MK24-MK1开关上置表3.2中要写的微地址后面的24位微代

码，24位开关对应24位显示灯，开关置为“1”时灯亮，开关置为“0”时灯灭；

E.启动时序电路（按动启动按钮START），即将微代码写入到

E2PROM 2816的相应地址对应的单元中；

F.重复C-E步骤，将表3.2的每一行写入E2PROM 2816。 （3）校验

A.将编程开关置为READ状态；

B.保持STEP、STOP、CLR开关状态不变，即实验板的STEP开关置

为“STEP”状态，STOP开关置为“RUN”状态，“SWITCH UNIT”中CLR开关置为1状态；

C.在开关UA5-UA0上按表3.2置好要读的某个微地址；

D.按动START键，启动时序电路，就能读出微代码，观察显示灯

MD24-MD1的状态，检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，将开关置为PROM编程状态，重新执行；

E.重复C-D步骤，将表3.2的每一行从E2PROM28 16中读出来。

单步运行五条机器指令：

A. 将编程开关置为“RUN”状态；

B. 将STEP置为“STEP”状态，STOP置为”RUN“状态，”SWITCH UNIT”中的CLR开关置为1状态； C. 将“SW-BUS”开关置为“0”，左下方开关D5-D0置为“111111”，D6和D7开关任意；

D. 将清零开关CLR从高拔到低，再从低拔到高，即将开关CLR置为1——>0——>1,可发现后续微地址UA5-UA0灯变为000000，000000是微指令运行启始地址；

E. 按动“START”键，UA5-UA0灯变为010000，这是在读00条微指令，给出下一条要读的微指令是20。以后每按动一次启动键“START”，都会读出后续微地址指定的一条微指令，微命令显示灯和微地址显示灯显示着正在所读出的微指令； F. 在UA5-UA0灯变为010000时，可通过实验仪左下方开关D7-D0人为强置设置分支地址，将D5-D0置为“111111”——>“111100”——>“111111”，可发现UA5-UA0灯从010000变为010011，表示下一个要读的微指令从010000修改为了010011； G. 在UA5-UA0灯为010011时，也就是23时，对照微程序流程图，按动一下“START”键，UA5-UA0灯会变成000001，也就是01，表示读出了23条微指令，给出了下一条要读的是01条微指令； H. 在UA5-UA0灯为000001时，也就是01时，对照微程序流程图，按动一下“START”键，UA5-UA0灯会变成000010，也就是02，表示读出了01条微指令，下一步要的是02条微指令； I. 按动“START”键，读出02条微指令时，UA5-UA0灯显示为001000时，在当前条件下，可通过强置端SE1-SE6相接的D5-D0人为强置修改分支地址；

J. 执行完每个指令的最后一条微指令后，都会回到01微指令，这样才表示执行完了一条指令，同时也表示可以执行新的指令了；

K. 按照上述方法，把所有分支执行一遍。 3. 实验结果和数据处理：

通过比较各波形的相互关系可得：脉冲Ф的周期是TS1，TS2，TS3，TS4各点的周期的1/4,而且在时间为T的条件下，TS1与TS2， TS2

与TS3， TS3与TS4各自之间相差1/4周期。 4. 实验结果分析：

S3S2S1SOMCNWEA二进制 微地址 9A8 000000 000001 000010 000011 000100 000101 000110 000111 001000 001001 001010 001011 001100 001101 001110 001111 010000

UA5?A B C UA0 000 000 100 010000 110 110 110 000010 100 000 001 001000 110 000 000 000100 011 000 000 000l0l 010 001 000 000110 001 101 000 00000l 110 000 000 001101 001 000 000 000001 110 110 110 000011 110 110 110 000l11 110 110 110 001110 110 110 110 010110 000 001 000 000001 110 000 000 001111 010 000 000 0l010l 110 110 110 010010 00 01 02 03 04 05 06 07 10 11 12 13 14 15 16 17 20 000000011 000000011 000000001 000000001 000000001 000000011 100101011 000000001 000000000 00000001l 0000000l1 000000011 000000011 000000101 000000001 000000001 0000000l1

010001 010010 010011 010100 010101 010110 010111 011000

21 22 23 24 25 26 27 30 000000011 000000001 000000011 000000000 000001110 000000001 000001l10 000001101 110 110 110 010100 010 000 000 010111 000 000 000 00000l 010 000 000 011000 000 101 000 000001 101 000 110 00000l 000 101 000 010000 000 101 000 010001 ADD加法指令为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作地址，其含义是将R寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相加，结果放R寄存器。ADD加法指令由7条微指令组成，分别为：01、02、11、03、04、05、06。

以微指令06为例：微指令功能是DR1+DR2；06微指令S3 S2 S1 S0 M CN的值为“100101”代表算术运算A加B；A字段“001”起的作用是选择LDRi，B字段“101”起的作用是选择ALU-B；06微指令中UA5-UA0中“00000001”代表的含义是后继执行的微地址。(其他指令的功能均按以上方式解读) 5. 写出你掌握了的控制信号的作用 1. 时钟时序电路

时序电路可产生4个等间隔的时序信号Tsi-TS4，其中Ф为钟信号，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

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