计算机组成原理实验报告 微程序控制器实验

膁实验三微程序控制器实验

一. 二. 薅实验目的与要求：

实验目的： 1.

2. 薃理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形； 3.

4. 虿掌握微程序控制器的功能，组成知识； 5.

6. 薈掌握微指令格式和各字段功能； 7.

8. 莄掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程。

蚀实验要求： 1.

2. 莁实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过的控制信号的作用； 3.

4. 莇按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并测出所用的脉冲Ф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。

芄三.

四. 蒄实验方案：

按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查无误后可接通电源。 1.

2. 肃练习一：用联机软件的逻辑示波器观测时序信号，测量Ф，TS1,TS2,TS3,TS4信号的

莀方法如下：

螈(1)TATEUNIT中STOP开关置为“RUN”状态（向上拨），STEP开关置为“EXEC”状态（向上拨）。

螆(2)将SWITCHUNIT中右下角CLR开关置为“1”(向上拨）。

螅(3)按动“START”按钮，即可产生连续脉冲。

莃（4）调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口，即可出现测量波形的画面。

袈（5）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATEUNIT中的Ф插座，即可测出时钟Ф的波形。

膇（6）探头一端接实验仪左上角的CH2，另一端接STATEUNIT中的TS1插座，即可测出TS1的波形；

节（7）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATEUNIT中的TS2插座，即可测出TS2的波形。

膂（8）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATEUNIT中的TS3插座，即可测出TS3的波形。

肁

（9）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATEUNIT中的TS4插座，即可测出TS4的波形。 3.

4. 薇观察微程序控制器的工作原理： ①

② 羄关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线； ③

2

④ 羀编程写入EPROM2816

A.

B. 肈将编程开关（MJ20）置为PROM（编程）状态； C.

D. 蚄将实验板上STATEUNIT中的STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，SWITCHUNIT中CLR开关置为1

状态； E.

F. 蒂在右上角的SWITCHUNIT中UA5-UA0开关上置表3.2中某个要写的微地址； G.

H. 虿在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，为0时灯灭； I.

2

J. 膈启动时序电路，即将微代码写入到EPROM2816的相应地址对应的单元中； K.

2

L. 肅重复C-E步骤，将表3.2的每一行写入EPROM2816。 ⑤

⑥ 膄校验 A.

B. 螂将编程开关置为READ（校验）状态； C.

D. 膇保持STEP,STOP,CLR开关状态不变，将实验板上STATEUNIT中的STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，

SWITCHUNIT中CLR开关置为1状态； E.

F. 蒆在开关UA5-UA0上按表3.2置好要读的某个微地址； G.

H. 薂按动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

已经写入的相同，若不同，将开关置于PROM编程状态，重新执行； I.

2

J. 蒁重复C-D步骤，将表3.2的每一行从EPROM2816读出来。

羈

芇练习二：步运行五条机器指令。

1、

2、 袇将编程开关置于“RUN”状态； 3、

4、 莄实验仪的“STEP”及”STOP”开关保持原状，即STEP置为“STEP”状态，STOP置为”RUN”状态，

“SWITCHUNIT”中CLR开关置为1状态； 5、

6、 芀实验仪的“SW-BUS”置为0，左下方开关D5-D0置为“111111”，D7和D6开关任意，（置0或者1都可以） 7、

8、 莇将清零开关CLR从高拔到低，再从低拔到高，即将开关CLR置1→0→1，可以发现后续微地址UA5-UA0灯

变为000000，000000是微指令运行启始地址； 9、

10、 芈接着按动一下“START”键，UA5-UA0灯会变为010000，这是在读00（八进制）条微指令，给出了下

一条要读的微指令是10（八进制）； 11、

12、 螂在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

“111111”→“111100”→“111111”，可以发现UA5-UA0灯从010000变为010011，这表示下一个要读的微指令从010000修改为了010011； 13、

14、 芇在UA5-UA0灯为010011时，也就是23（八进制）时，对微程序流程图，按动一下“START”键，UA5-UA0

灯会变为000001，也就是01（八进制），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； 15、

16、 莂在UA5-UA0灯为000001时，按动一下START键，UA5-UA0灯会变为000010，表示读出了01条微指令，

下一条要读出的是02条微指令； 17、

18、 荿接着按动一下STRATOR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； 19、

20、 莈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； 21、

22、 羆按照上述方法，把所有分支都执行一遍。

五. 六. 蒂实验结果和数据处理：

螀测量并画出时钟和时序信号波形，比较它们的相互关系。 波形图：

螅

膀CPU周期

薂Φ

膁TS1

薈TS2

薄TS3

蚁TS4

时钟Ф脉冲与TS1、TS2、TS3、TS4脉冲的波形，比较时钟Ф脉冲与TS1、TS2、TS3、TS4脉冲的相互关系：时钟Ф脉冲的一个CPU周期的时间，是TS1、TS2、TS3、TS4脉冲的时间之和，即节拍脉冲把一个CPU周期划分成几个较小的时间间隔。

薂七.

八. 芀实验结果分析：

薇分析ADD的每条微指令的指令格式和功能：

螁1）PC→AR;PC+1:①指令格式： 虿微地址 肅11 螈S3S2S1S0 MCNWEA9 A8 膅000000011 莆A 蒁110 袁B 羇110 肀C 膈110 蒀UA5….UA0 芅000011

②功能：根据ABC字段发出的信号,WE=0，读取内存内容，将PC的内容送到地址寄存器中AR，程序计数器加1，做好取下一条机器指令的准备。

虿2）RAM→BUS;BUS→AR:①指令格式： 袂 羆微地址 荿03

蒇 莅S3S2S1S0 MCNWEA9 A8 蝿000000001 节A 蒄110 肇B 蒅000 蚅C 袀000 蒅UA5….UA0 芇000100 ②功能：根据微地址03，RAM进行读操作，发出存数控制信号，把RAM的内容送到总线

上，再送到地址寄存器AR中，程序计数器加1，做好取下一条机器指令的准备。

薄

芁3）RAM→BUS,BUS→DR2:①指令格式： 罿微地址 螄04 芆S3S2S1S0 MCNWEA9 A8 蝿000000001 蚄A 腿011 蚂B 螄000 蒇C 袄000 肅UA5….UA0 000101 ②功能：根据微地址04，RAM进行读操作，发出LDDR2信号，把RAM的内容送到数据总线上，再送到DR2寄存

器中，程序计数器加1，做好取下一条机器指令的准备。

4）R0→DR1: ①指令格式： 微地址 05 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8 000000011 A 010 B 001 C 000 UA5….UA0 000110 ②功能：根据微地址05，发出RS-B信号，把寄存器R0中的内容送到DR1寄存器中，程序计数器加1，做好取

下一条机器指令的准备。

5)DR1+DR2→R0:①指令格式： 微地址 06 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8 A 001 B 101 C 000 UA5….UA0 000001 ②功能：根据微地址06，发出ALU-B信号，把DR1和DR2相加，结果放R0寄存器中，回到01微指令。 九. 写出掌握了的控制信号的作用：

? WE控制信号的功能：WE是存储器RAM的写命令信号，WE=1时，RAM进行写操作，WE=0时，RAM进行读

操作。

? 当STEP开关为0时态，一旦按下启动键，运行触发器Cr一直处于1状态，因此时序TS1-TS4将周而复

始地发送出去；当STEP为1时，一旦按下启动键，机器便处于单步运行状态，即此次只读一条指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。