微程序控制器综合设计

计算机组成原理课程设计

设计名称： 微程序控制器综合设计

系部名称： 国际合作教育中心 专业班级： 计算机11-5班 学生姓名： 班欣茹 学 号： 20113298 指导教师： 日 期： 2013.6.17-2013.6.28

一、实验目的：

1、掌握程序控制器的组成，工作过程及调试方法； 2、明确微程序的概念，学会微指令及微程序的设计；

3、通过单步方式执行若干条微指令深入理解微程序控制器的工作原理。 二、实验线路器件和所需实验设备：

1、实验线路的主要器件： 数据输入开关SW(DIP)；

二片74LS374(R4，R5);二片74LS273(DR1，DR2)； 二片74LS245；二片74LS181(ALU)；

一片6116静态存贮器（RAM）；二片74LS161（PC）； 一片74LS273（AR）；4片2764(CM)； 5片74LS273(UIR，IR)；三片74LS08； 一片74LS10；一片74LS244。 2、实验设备：

(1)SACT3C计算机组成原理实验仪一台。 (2 )双踪示波器一台。 (3)万用表一块。 三、实验原理线路：

1、数据通路部分原理线路图(图1)；

数据总线显示ALU—BUSS0S1S2S3ALUA7—0B7—0MCnCn+3LOADPCPCDR1LDDR1DR2LDDR2PC—BUS+1R4—BUSR4SW—BUSLDR4SWR5—BUSR5LDARARWECERDLDR5D7—0存储体A7—0地址总线显示

图1

2、微程序控制器原理线路框图，如图2所示。

微指令寄存器控制字段P（1）下址字段T4控制存储器T2μPCSWESRD1XXXX1XXXXXD7D6D5P（1）IRT3LDR1D7-D0/CLR/CLRP（1）T4

图2

四、实验原理

（一）数据通路的基本概念

数字系统中,各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路。数据通路的设计直接影响到控制器的设计，同时也影响到数字系统的速度指标和成本。一般来说，处理速度快的数字系统，它的独立传送信息的通路较多。但是独立数据传送通路一旦增加，控制器的设计也就复杂了。因此，在满足速度指标的前提下，为使数字系统结构尽量简单，一般小型系统中多采用单一总线结构。在较大系统中可采用双总线或三总线结构。

（二）微程序控制器的设计思想：

控制器在计算机中的分工是取指令，分析指令，执行指令，再取下一条指令，循环往复以完成程序设定的功能。

微程序控制器的设计思想是将每一条微指令用一段程序来描述，微程序由若干条微指令组成，而每一条微指令又由若干微命令及一条微指令地址组成，每一条微命令对应于逻辑电路的一个控制操作。

微程序放在控制存储器中，取指令和分析指令属公用的微程序段，执行指令则不

同指令对应不同的微程序字段，到控制器的那个单元取指令，其地址在uPC中，而uPC的内容则由指令码结果或上条微指令的下地址字段决定，从控存取出的微指令放在微指令寄存器中。

微指令的基本格式

微操作码 微地址码 微操作码：包含指令执行的一个步骤中所包含的全部微命令的编码，即一条微指令所需的全部控制信号的编码，用来发出操作控制信号。 微地址码：用来产生下一条微指令的地址，指出下一条微指令代码在控制存储器中的存储位置。 （三）微程序控制单元

1、 控制存储器：存放实现计算机指令系统的所有微程序由ROM（EPROM）实现。控制存储 器的字长是微指令字的长度。控制存储器的容量取决于指令的数量和每条指令的微程序长度，也取决于微指令代码的利用率。

2、 微指令寄存器：微指令寄存器（CMIR）存放由控制存储器读出的一条微指令信息

3、 微地址寄存器（CMAR）：存放将要访问的下一条微指令的微地址。

4、 微地址形成部件：能测试执行中的状态信息，修改微地址寄存器的内容，以便按修改 后的内容去读下一条指令。 （四）微程序控制单元的工作原理： 1、取指阶段

（1）将取指微程序首地址置于CMAR中。 （2）读微指令。 （3）产生微操作命令。 （4）形成下一条微指令地址。

（5）取下一条微指令。…………重复（1）~（4）过程，直到该机器指令送入IR为止。 2、执行阶段

（1）当指令存入IR后，由指令的OP部分送到微地址形成部件，形成该指令对应的微程序的首地址。 （2）读出微指令。 （3）产生微操作命令。

（4）形成下一条微指令地址。…………重复（1）~（4）过程，直到该机器指令执行完为止。 五、实验任务

根据已知的微指令的操作码，自主设计微程序，按照设置好的微程序执行出来。