计算机组成原理的实验报告

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

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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字段

ma5--ma0

为6位的后续微地址，a，b，c为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多个微命令。c字段中的p(1)是测试字位。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，。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。 2. 对微控器的读写操作（1）手动读写 （2）联机读写 3.运行微程序（1）本机运行 （2）联机运行

这次实验安排了四条机器指令，分别为 add（0000 0000）、in（0010 0000）、out（0011 0000）和 hlt（0101 0000），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 说明 r0

hlt 01010000 停机

实验中机器指令由 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控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，见图 3-2-8 所示。 几条机器指令对应的参考微程序流程图如图 3-2-9 所示。图中一个矩形方框表示一条微指令，方框中的内容为该指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数字是该条指令的后续微地址，所有微地址均用 16 进制表示。向下的箭头指出了下一条要执行的指令。p<1>;;;为测试字，根据条件使微程序产生分支。

先手动将微指令输入到cm中，然后利用存储好的微程序验证00100011（23）

自加，并输出结果。思考题：设计并修改电路，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

mem

alu 结果 out单元输出

（三） 实验要求

（1） 按照实验步骤连接好电路，按照要求内容进行实验 （2） 记录本次实验的所有运行结果，故障现象及排除过程 （3） 在要求实验的基础上试解决思考题的问题 （4） 记录本次实验的收获和想法

四、 实验步骤、观察与思考：

（一）几条机器指令对应的参考微程序流程图如下

1. 连接实验线路：

仔细查线无误后接通电源。如果有‘滴’报警声，说明总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。

2．对微控器进行读写操作，分两种情况：手动读写和联机读写。