微程序设计实验(微程序控制器实验)

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1、计算机组成原理实验指导书-４４-实验五微程序设计实验一、实验目的：深入学懂计算机各种指令的设计和执行过程，掌握微程序设计的概念。二、预习要求：1．复习微程序控制器工作原理；2．复习计算机各种指令和微程序的有关知识。三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。四、微程序的设计：1．微指令格式设计微指令编码格式的主要原则是使微指令字短、能表示可并行操作的微命令多、微程序编写方便。微指令的最基本成份是控制场，其次是下地址场。控制场反映了可以同时执行的微操作，下地址场指明下一条要执行的微指令在控

2、存的地址。微指令的编码格式通常指控制场的编码格式，以下几种编码格式较普遍。1）最短编码格式这是最简单的垂直编码格式，其特点是每条微指令只定义一个微操作命令。采用此格式的微指令字短、容易编写、规整直观，但微程序长度长，访问控存取微指令次数增多从而使指令执行速度慢。2）全水平编码格式这种格式又称直接编码法，其特点是控制场每一位直接表示一种微操作命令。若控制场长n位，则至多可表示n个不同的微操作命令。采用此格式的微指令字长，但可实现多个允许的微操作并行执行，微程序长度短，指令执行速度快。3）分段编码格式是将控制场分成几段

3、。若某段长i位，则经译码，该段可表示2i个互斥的即不能同时有效的微操作命令。采用这种格式的微指令长度较短，而可表示的微操作命令较多，但需译码器。2．微程序顺序控制方式的设计微程序顺序控制方式指在一条指令对应的微程序执行过程中，下一条微指令地址的确定方法，又叫后继地址生成方式。下面是常见的两种。计算机组成原理实验指导书-４４-1）计数增量方式这种方式的特点是微程序控制部件中的微地址中的微地址产生线路主要是微地址计数器MPC。MPC的初值由微程序首址形成线路根据指令操作码编码形成。在微程序执行过程中该计数器增量计数，产

4、生下一条微指令地址。这使得微指令格式中可以不设置“下地址场”。缩短了微指令长度，也使微程序控制部件结构较简单。但微程序必须存放在控存若干连续单元中。微操作控制信号微指令寄存器MIR微指令控存CM微地址微程序计数器MPC加1微程序首址微程序首址形成电路指令操作码图5-1计数增量方式微程序控制部件示意图2）断定方式微指令中设有“下地址场”，它指出下条微指令的地址，这使一条指令的微程序中的微指令在控存中不一定要连续存放。在微程序执行过程中，微程序控制部件中的微地址形成电路直接接受微指令下地址场信息来产生下条微指令地址，微

5、程序的首址也由此微地址形成线路根据指令操作码产生。见图5-2。3．本系统的微指令格式每条微指令由24位组成，其控制位顺序如下：242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0计算机组成原理实验指导书-４４-微程序设计的关键技术之一是处理好每条微指令的下地址，以保证程序正确高效地进行。在本系统中，uA5-uA0为6位的后续微地址，F1、F2、F3为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。F3字段中的P1-

6、P4是四个测试字位。其功能是根据机器指令微操作控制信号控制场下地址场微指令寄存器MIR微指令控存CM微地址微地址形成电路状态条件指令操作码图5-2断定方式微程序控制部件示意图及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入囗，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如表5－1：　　F1字段F2字段F3字段151413选择121110选择987选择000LDRi000RAG000P1001LOAD001ALU-G001AR010LDR2010RCG010P3011011011100LD

7、R1100RBG100P2101LAR101PC-G101LPC110LDIR110299-G110P4表5－1F2字段中的RAG、RBG、RCG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R0、R1、R2的选通译码，LRi打入工作寄存器的信号译码使能控制位。五、实验内容：编写几条可以连续运行的微代码，熟悉本实验系统的微代码设计方式。表5－2为几条简单的可以连续运行的二进制微代码表：计算机组成原理实验指导书-４４-注意UA5-------UA0的编码规律，

8、观察后续地址。微地址（二进制）S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5...UA00000000000000000000000000000010000010000000000000000000000100000100000000000000000000000110000110000000101011111110001000001000000000