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，了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(tǒng)一套。

　　三、 實驗內容及要求：

　�。ㄒ唬� 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，其中控制存儲器采用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(fā)器(74273)和一片4D(74175)觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)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為下一條微指令地址。當T4時刻進行測試判別時，轉移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。

　　在該實驗電路中設有一個編程開關(位于實驗板右上方)，它具有三種狀態(tài)：PROM (編程)、READ(校驗)、RUN(運行)。當處于“編程狀態(tài)”時，實驗者可根據(jù)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。當處于“校驗狀態(tài)”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。當處于“運行狀態(tài)”時，只要給出微程序的入口微地址，則可根據(jù)微程序流程圖自動執(zhí)行微程序。圖中微地址寄存器輸出端增加了一組三態(tài)門，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并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

　　為6位的后續(xù)微地址，A，B，C為三個譯碼字段，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(jù)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(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行，。圖中I7一I2為指令寄存器的第7--2位輸出，SE5—SE0為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

　�。ǘ�） 實驗內容

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

　　這次實驗安排了四條機器指令，分別為 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和 HLT（0101 0000），括號中為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，其余單元的控制信號均由微控制器自動產生，為此可以設計出相應的數(shù)據(jù)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，方框中的內容為該指令執(zhí)行的微操作，右上角的數(shù)字是該條指令的微地址，右下角的數(shù)字是該條指令的后續(xù)微地址，所有微地址均用 16 進制表示。向下的箭頭指出了下一條要執(zhí)行的指令。P<1>為測試字，根據(jù)條件使微程序產生分支。

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

　　自加，并輸出結果。思考題：設計并修改電路，編寫用微程序實現(xiàn)存儲器中兩個單字節(jié)十六進制數(shù)的加法運算，結果輸出至OUT單元。 要求：操作數(shù)由IN單元

　　MEM

　　ALU 結果 OUT單元輸出

　�。ㄈ�） 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(xiàn)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） 記錄本次實驗的收獲和想法

　　四、 實驗步驟、觀察與思考：

　�。ㄒ唬�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：

　　仔細查線無誤后接通電源。如果有‘滴’報警聲，說明總線有競爭現(xiàn)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(lián)機讀寫。

　　1) 手動讀寫