計算機組成原理的實(shí)驗報告

計算機組成原理的實(shí)驗報告

　　程序控制器實(shí)驗

　　一、 實(shí)驗目的：

　　(1) 理解時(shí)序產(chǎn)生器的原理，了解時(shí)鐘和時(shí)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(xiě)入、觀(guān)察微程序的運行

　　二、 實(shí)驗設備

　　PC機一臺，TD—CM3+實(shí)驗系統一套。

　　三、 實(shí)驗內容及要求：

　�。ㄒ唬� 實(shí)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(jiàn)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(shí)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(shí)刻進(jìn)行測試判別時(shí)，轉移邏輯滿(mǎn)足條件后輸出的負脈沖通過(guò)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(shí)驗電路中設有一個(gè)編程開(kāi)關(guān)(位于實(shí)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(shí)，實(shí)驗者可根據微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫(xiě)入到控制存儲器2816中。當處于“校驗狀態(tài)”時(shí)，可以對寫(xiě)入控制存儲器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗證，從而可以判斷寫(xiě)入的二進(jìn)制代碼是否正確。當處于“運行狀態(tài)”時(shí)，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(dòng)執行微程序。圖中微地址寄存器輸出端增加了一組三態(tài)門(mén)，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來(lái)驅動(dòng)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(cháng)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位的后續微地址，A，B，C為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多個(gè)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(jìn)行譯碼，使微程序轉入相應的微地址入口，從而實(shí)現微程序的順序、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(jìn)制代碼表

　　二進(jìn)制微代碼表

　　將全部微程序按照指令格式變成二進(jìn)制微代碼 可得上表

　�。ǘ�） 實(shí)驗內容

　　1. 按照實(shí)驗接線(xiàn)圖連接好實(shí)驗線(xiàn)路，并且檢查線(xiàn)路，確保無(wú)誤。 2. 對微控器的讀寫(xiě)操作（1）手動(dòng)讀寫(xiě) （2）聯(lián)機讀寫(xiě) 3.運行微程序（1）本機運行 （2）聯(lián)機運行

　　這次實(shí)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(jìn)制代碼，指令格式如下：

　　助記符 機器指令 說(shuō)明 R0

　　HLT 01010000 停機

　　實(shí)驗中機器指令由 CON 單元的二進(jìn)制開(kāi)關(guān)手動(dòng)給出，其余單元的控制信號均由微控制器自動(dòng)產(chǎn)生，為此可以設計出相應的數據通路圖，見(jiàn)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(gè)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后續微地址，所有微地址均用 16 進(jìn)制表示。向下的箭頭指出了下一條要執行的指令。P<1>為測試字，根據條件使微程序產(chǎn)生分支。

　　先手動(dòng)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(xiě)用微程序實(shí)現存儲器中兩個(gè)單字節十六進(jìn)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

　�。ㄈ�） 實(shí)驗要求

　�。�1） 按照實(shí)驗步驟連接好電路，按照要求內容進(jìn)行實(shí)驗 （2） 記錄本次實(shí)驗的所有運行結果，故障現象及排除過(guò)程 （3） 在要求實(shí)驗的基礎上試解決思考題的問(wèn)題 （4） 記錄本次實(shí)驗的收獲和想法

　　四、 實(shí)驗步驟、觀(guān)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(shí)驗線(xiàn)路：

　　仔細查線(xiàn)無(wú)誤后接通電源。如果有‘滴’報警聲，說(shuō)明總線(xiàn)有競爭現象，應關(guān)閉電源，檢查接線(xiàn)，直到錯誤排除。

　　2．對微控器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，分兩種情況：手動(dòng)讀寫(xiě)和聯(lián)機讀寫(xiě)。

　　1) 手動(dòng)讀寫(xiě)