微程序控制器实验

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1、实验六微程序控制器实验一．实验目的：1．掌握时序产生器的组成原理。2．掌握微程序控制器的组成原理。3．掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行。二．实验设备TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台。三．实验内容1．实验原理实验所用的时序控制电路框图如图所示，可产生4个等间隔的时序信号TS1—TS4，其中Φ为时钟信号，由试验台右上方的方波信号源提供，可产生频率及脉冲宽度可调的方波信号。学生可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。图中STEP(单步)、STOP(停机)分别是来自实验板上方中部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。START键是来自实验板上方左部的一个微动

2、开关START的按键信号。当STEP开关为0时（EXEC），一旦按下启动键，时序信号TS1—TS4将周而复始的发送出去。当STEP为1时（STEP），一旦按下启动键，机器将处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外，当机器连续运行时，如果STOP开关置“1”（STOP），也会使机器停机，或使CLR开关拨至零也可以使时序清零。时序状态见图。由于时序电路的内部线路已经连好，所以只需将时序电路与方波信号源连接，即将时序电路的时钟脉冲输入端Φ接至方波信号发生器输出端H23，就可以产生时序

3、信号TS1—TS4。时序电路的CLR已接至实验板左下方的模拟开关上。2．微程序控制电路与微指令格式（1）微程序控制电路微程序控制器的组成见图，其中控制存储器采用3片2816的E2PROM,具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器（273）和一片4D(175)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（74）组成，它们带有清零端和预置端。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制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

4、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，学生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器存储器2816中。当处于“校验状态”时，可以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地址，则可以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。（2）微指令格式微指令字长共24位，其控制位顺序如下：24232221201918171615141312111098

5、7654321S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0C字段987选择000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPCA字段151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDARB字段121110选择000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B其中uA5—uA0为6位的后续地址，A、B、C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。C字段中的P(1)—P(4)是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微

6、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，其原理如图。I7—I2为指令寄存器的第7—2位输出，SE5—SE1为微控器单元微地址锁存器的强制端输出。AR为算术运算是否影响进位及判零标志位，其为零有效。B字段中的RS—B、RO—B、RI—B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器RO、R1、R2的选通译码，其原理如图3—4，图中I0—I4为指令寄存器的低0—4位，LDRI为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。3．实验步骤（1）图3—5为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微

7、程序按微指令格式变成二进制代码，可得到表3—2的二进制代码表。010210140101130112011110RAM->BUSBUS->DR2R0->DR1(DR1)+(DR2)->R0R0->BUSBUS->RAMRAM->BUSBUS->DR1DR1->LEDRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->PCPC->ARPC+1RAM->BUSBUS->IRP(1)SW->R0PC->ARPC+1PC->A