計算機組成原理的實驗報告

程式控制器實驗

一、 實驗目的：

(1) 理解時序產生器的原理，瞭解時鐘和時序訊號的波形。 (2) 掌握微程式控制器的功能、組成知識。 (3) 掌握微指令格式和各欄位功能。

(4) 掌握微指令的編制、寫入、觀察微程式的執行

二、 實驗裝置

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：

微程式控制電路與微指令格式 (A) 微程式控制電路

微程式控制器的組成見圖10，其中控制儲存器採用3片2816的EPROM，具有掉電保

2

護功能，微命令暫存器18位，用兩片8D觸發器(74273)和一片4D(74175)觸發器組成。微地址暫存器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時刻打入微地址暫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，轉移邏輯滿足條件後輸出的負脈衝通過強置端將某一觸發器置為“1”狀態，完成地址修改。

在該實驗電路中設有一個程式設計開關(位於實驗板右上方)，它具有三種狀態：PROM (程式設計)、READ(校驗)、RUN(執行)。當處於“程式設計狀態”時，實驗者可根據微地址和微指令格式將微指令二進位制程式碼寫入到控制儲存器2816中。當處於“校驗狀態”時，可以對寫入控制儲存器中的二進位制程式碼進行驗證，從而可以判斷寫入的二進位制程式碼是否正確。當處於“執行狀態”時，只要給出微程式的入口微地址，則可根據微程式流程圖自動執行微程式。圖中微地址暫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。

微程式控制器原理圖 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欄位 B欄位

C欄位

MA5--MA0

為6位的'後續微地址，A，B，C為三個譯碼欄位，分別由三個控制位譯碼出多個微命令。C欄位中的P(1)是測試字位。其功能是根據機器指令及相應微程式碼進行譯碼，使微程式轉入相應的微地址入口，從而實現微程式的順序、分支、迴圈執行，。圖中I7一I2為指令暫存器的第7--2位輸出，SE5—SE0為微程式控制器單元微地址鎖存器的強置端輸出。

(C)二進位制程式碼表

二進位制微程式碼表

將全部微程式按照指令格式變成二進位制微程式碼 可得上表

（二） 實驗內容

1. 按照實驗接線圖連線好實驗線路，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.執行微程式（1）本機執行 （2）聯機執行

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位制程式碼，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 單元的二進位制開關手動給出，其餘單元的控制訊號均由微控制器自動產生，為此可以設計出相應的資料通路圖，見圖 3-2-8 所示。 幾條機器指令對應的參考微程式流程圖如圖 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>為測試字，根據條件使微程式產生分支。

先手動將微指令輸入到CM中，然後利用儲存好的微程式驗證00100011（23）

自加，並輸出結果。思考題：設計並修改電路，編寫用微程式實現儲存器中兩個單位元組十六進位制數的加法運算，結果輸出至OUT單元。 要求：運算元由IN單元

MEM

ALU 結果 OUT單元輸出

（三） 實驗要求

（1） 按照實驗步驟連線好電路，按照要求內容進行實驗 （2） 記錄本次實驗的所有執行結果，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式流程圖如下

1. 連線實驗線路：

仔細查線無誤後接通電源。如果有‘滴’報警聲，說明匯流排有競爭現象，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