计算机组成原理微程序控制器实验

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

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??????????????????????

微程序控制器实验

预习报告

1. 微程序控制器的组成和工作原理。

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：一、将程序和数据通过输入设备送入存储器； 二、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； 三、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；四、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

2．微程序、微指令、微命令之间的关系。 一系列微指令的有序集合称为微程序。

在微程序控制方式之下，从控制存储器中取出，完成一个或几个微操作的命令称为微指令。

控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令。

所以总的来说：微程序包含微指令，而每条微指令包含的微命令控制。

3.微指令、微程序的设计及调试。

在微程序流程图中，根据每个状态的微指令，将其进行编码，设计出所需硬件及执行效率较高的微程序控制电路，然后进行调试。

思考题：

1. 举例说明实验中出现的基本概念：微命令、微操作、微指令、微程序？ 微命令：控制器发出的每个控制信号，如对运算单元的控

微程序控制器实验

预习报告

1. 微程序控制器的组成和工作原理。

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：一、将程序和数据通过输入设备送入存储器； 二、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； 三、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；四、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

2．微程序、微指令、微命令之间的关系。 一系列微指令的有序集合称为微程序。

在微程序控制方式之下，从控制存储器中取出，完成一个或几个微操作的命令称为微指令。

控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令。

所以总的来说：微程序包含微指令，而每条微指令包含的微命令控制。

3.微指令、微程序的设计及调试。

在微程序流程图中，根据每个状态的微指令，将其进行编码，设计出所需硬件及执行效率较高的微程序控制电路，然后进行调试。

思考题：

1. 举例说明实验中出现的基本概念：微命令、微操作、微指令、微程序？ 微命令：控制器发出的每个控制信号，如对运算单元的控

微程序控制器实验

预习报告

1. 微程序控制器的组成和工作原理。

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：一、将程序和数据通过输入设备送入存储器； 二、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； 三、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；四、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

2．微程序、微指令、微命令之间的关系。 一系列微指令的有序集合称为微程序。

在微程序控制方式之下，从控制存储器中取出，完成一个或几个微操作的命令称为微指令。

控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令。

所以总的来说：微程序包含微指令，而每条微指令包含的微命令控制。

3.微指令、微程序的设计及调试。

在微程序流程图中，根据每个状态的微指令，将其进行编码，设计出所需硬件及执行效率较高的微程序控制电路，然后进行调试。

思考题：

1. 举例说明实验中出现的基本概念：微命令、微操作、微指令、微程序？ 微命令：控制器发出的每个控制信号，如对运算单元的控

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

班 级

学 号 姓 名

同组人员 无

实验日期 2015-11-11

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

西北工业大学《计算机组成原理实验报告》

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EPROM，具有掉电保

2

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)、R

硬件基础实验2实验报告

湖南大学

HUNAN UNIVERSITY

硬件基础实验2 实验报告

一、实验预习

1.书中的图形实现微程序控制器，中间的映射逻辑究竟是怎么实现的？ 答：但出现分支时，预设端信号由IR决定。IR为1时信号有效，输出为1. 通过IR的值映射为下址的低三位，从而产生下址。

2.书中设计用到了强写强读，为什么要设计这个功能？ 答：满足用户因为没有初始化mif文件时输入数据的需要。

硬件基础实验2实验报告

二、实验目的

微程序控制器实验的主要任务：生成CPU里的控制信号，并使程序按正 确的顺序执行。核心部分是ROM，存放机器指令的微程序。 1、掌握微程序控制器的组成、工作原理；

2、掌握微程序控制器的基本概念和术语：微命令、微操作、微指令、微 程序等；

3、掌握微指令、微程序的设计及调试方法；

4、通过单步运行若干条微指令，深入理解微程序控制器的工作原理；

二、实验电路

图1

附：电路图过大，请放大观察详情

三、实验原理

将机器指令的操作（从取指到执行）分解为若干个更基本的微操作序列，并将有 关的控制信息（微命令）以微码的形式编成微指令输入到控制存储器中。这样， 每条机器指令将与一段微程序对

实验一 运算器实验

计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由 CPU 中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件 ALU。首先安排基本运算器实验，了解运算器的基本结构。

1.1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。

1.2实验设备

PC机一台，Digilent Nexys 4TM开发板，Xilinx Vivado开发套件。

1.3实验原理

Digilent Nexys 4TM开发板的通用I/O设备电路图如图1.1所示：

开发板的通用I/O设备电路图

如上所示，Nexys4 DDR板 包括2个三色LED，16个滑动开关，6个按钮开关，16个单体LED和1个数字-8的七段显示器。为了防止粗心大意的短路（假如一个FPGA针脚分派到一个按钮开关或者滑动开关被粗心大意的定为输出时将发生短路）损害，按钮开关和滑动开关通过串联电阻连接到FPGA。5个按钮开关分派到1个“+”信号的配置是瞬时开关，在正常情况下，这些瞬时开关不用时产生低信号输出，被压时产生高信号输出。另一方面，“CPU RESET”红色按钮不用时产生高信号输出，被压时产生低信号输出。“CPU RESET”按钮常常在EDK（嵌入式开发

实验一 运算器实验

计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由 CPU 中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件 ALU。首先安排基本运算器实验，了解运算器的基本结构。

1.1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。

1.2实验设备

PC机一台，Digilent Nexys 4TM开发板，Xilinx Vivado开发套件。

1.3实验原理

Digilent Nexys 4TM开发板的通用I/O设备电路图如图1.1所示：

开发板的通用I/O设备电路图

如上所示，Nexys4 DDR板 包括2个三色LED，16个滑动开关，6个按钮开关，16个单体LED和1个数字-8的七段显示器。为了防止粗心大意的短路（假如一个FPGA针脚分派到一个按钮开关或者滑动开关被粗心大意的定为输出时将发生短路）损害，按钮开关和滑动开关通过串联电阻连接到FPGA。5个按钮开关分派到1个“+”信号的配置是瞬时开关，在正常情况下，这些瞬时开关不用时产生低信号输出，被压时产生高信号输出。另一方面，“CPU RESET”红色按钮不用时产生高信号输出，被压时产生低信号输出。“CPU RESET”按钮常常在EDK（嵌入式开发