計算機組成原理的實驗報告

程序控制器實驗

一、 實驗目的：

(1) 理解時序產生器的原理，瞭解時鐘和時序信號的波形。 (2) 掌握微程序控制器的功能、組成知識。 (3) 掌握微指令格式和各字段功能。

(4) 掌握微指令的編制、寫入、觀察微程序的運行

二、 實驗設備

PC機一臺，TD—CM3+實驗系統一套。

三、 實驗內容及要求：

（一） 實驗原理：

微程序控制電路與微指令格式 (A) 微程序控制電路

微程序控制器的組成見圖10，其中控制存儲器採用3片2816的EPROM，具有掉電保

2

護功能，微命令寄存器18位，用兩片8D觸發器(74273)和一片4D(74175)觸發器組成。微地址寄存器6位，用三片正沿觸發的雙D觸發器(7474)組成，它們帶有清“0”端和預置端。在不判別測試的情況下，T2時刻打入微地址寄存器的內容即爲下一條微指令地址。當T4時刻進行測試判別時，轉移邏輯滿足條件後輸出的負脈衝通過強置端將某一觸發器置爲“1”狀態，完成地址修改。

在該實驗電路中設有一個編程開關(位於實驗板右上方)，它具有三種狀態：PROM (編程)、READ(校驗)、RUN(運行)。當處於“編程狀態”時，實驗者可根據微地址和微指令格式將微指令二進制代碼寫入到控制存儲器2816中。當處於“校驗狀態”時，可以對寫入控制存儲器中的二進制代碼進行驗證，從而可以判斷寫入的二進制代碼是否正確。當處於“運行狀態”時，只要給出微程序的入口微地址，則可根據微程序流程圖自動執行微程序。圖中微地址寄存器輸出端增加了一組三態門，目的是隔離觸發器的輸出，增加抗干擾能力，並用來驅動微地址顯示燈。

微程序控制器原理圖 圖10

(B) 微指令格式

微指令字長共24位，其控制位順序如圖所示。

圖11 微指令格式

A字段 B字段

C字段

MA5--MA0

爲6位的'後續微地址，A，B，C爲三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多個微命令。C字段中的P(1)是測試字位。其功能是根據機器指令及相應微代碼進行譯碼，使微程序轉入相應的微地址入口，從而實現微程序的順序、分支、循環運行，。圖中I7一I2爲指令寄存器的第7--2位輸出，SE5—SE0爲微程序控制器單元微地址鎖存器的強置端輸出。

(C)二進制代碼表

二進制微代碼表

將全部微程序按照指令格式變成二進制微代碼 可得上表

（二） 實驗內容

1. 按照實驗接線圖連接好實驗線路，並且檢查線路，確保無誤。 2. 對微控器的讀寫操作（1）手動讀寫 （2）聯機讀寫 3.運行微程序（1）本機運行 （2）聯機運行

這次實驗安排了四條機器指令，分別爲 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和 HLT（0101 0000），括號中爲各指令的二進制代碼，指令格式如下：

助記符 機器指令 說明 R0

HLT 01010000 停機

實驗中機器指令由 CON 單元的二進制開關手動給出，其餘單元的控制信號均由微控制器自動產生，爲此可以設計出相應的數據通路圖，見圖 3-2-8 所示。 幾條機器指令對應的參考微程序流程圖如圖 3-2-9 所示。圖中一個矩形方框表示一條微指令，方框中的內容爲該指令執行的微操作，右上角的數字是該條指令的微地址，右下角的數字是該條指令的後續微地址，所有微地址均用 16 進製表示。向下的箭頭指出了下一條要執行的指令。P<1>爲測試字，根據條件使微程序產生分支。

先手動將微指令輸入到CM中，然後利用存儲好的微程序驗證00100011（23）

自加，並輸出結果。思考題：設計並修改電路，編寫用微程序實現存儲器中兩個單字節十六進制數的加法運算，結果輸出至OUT單元。 要求：操作數由IN單元

MEM

ALU 結果 OUT單元輸出

（三） 實驗要求

（1） 按照實驗步驟連接好電路，按照要求內容進行實驗 （2） 記錄本次實驗的所有運行結果，故障現象及排除過程 （3） 在要求實驗的基礎上試解決思考題的問題 （4） 記錄本次實驗的收穫和想法

四、 實驗步驟、觀察與思考：

（一）幾條機器指令對應的參考微程序流程圖如下

1. 連接實驗線路：

仔細查線無誤後接通電源。如果有‘滴’報警聲，說明總線有競爭現象，應關閉電源，檢查接線，直到錯誤排除。

2．對微控器進行讀寫操作，分兩種情況：手動讀寫和聯機讀寫。

1) 手動讀寫