计组实验报告.docx
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计组实验报告
姓名张励萌
学号1305500228
班级网络1302班
年级网络13级
指导教师魏晋雁
西安财经学院信息学院
《计算机组成原理及系统结构》实验报告
实验名称微程序控制单元实验、指令部件模块实验、时序与启停实验
实验室实验楼418实验日期2014-12-11、2014-12-16、2014-12-18
实验七微程序控制单元实验
一、实验目的
⒈掌握时序产生器的组成方式。
⒉熟悉微程序控制器的原理。
⒊掌握微程序编制及微指令格式。
二、实验原理
表7
M25
M24
M23
M22
M21
中断
M19
M18
M17
M16
M15
M14
M13
M12
M11
M10
M9
M8
C
B
A
AR
保留位
PX3
A9
A8
CE
LOAD
CN
M
S0
S1
S2
S3
PX2
LDAR
M7
M6
M5
M4
M3
M2
8
7
6
5
4
3
M1
M0
LDPC
LDIR
LDDR2
LDDR1
LDR0
WE
UA0
UA1
UA2
UA3
UA4
UA5
PX1
SW-B
A字段
C
B
A
选择
0
0
0
禁止
0
0
1
PC-B
0
1
0
ALU-B
0
1
1
299-B
1
0
0
Rs-B
1
0
1
Rd-B
1
1
0
保留位
1
1
1
保留位
B字段
中断
M9
M1
选择
测试字
PX3
PX2
PX1
0
0
0
关闭测试
0
0
1
P
（1）
识别操作码
0
1
0
P
（2）
判寻址方式
0
1
1
P（Z）
Z标志测试
1
0
0
P（I）
中断响应
1
0
1
P（D）
中断服务
1
1
0
P（C）
C标志测试
1
1
1
保留位
微程序控制电路是由4片6116作为储存器，指令打入机器中会存入这个储存器中。
指令的寄存器是由6个D触发器组成的，6个D触发器构成了6位微地址微地址寄存器是由4片273组成，具有清零端和置数端，有效电平为T2。
所有通过微控制器产生由273锁存，每一个灯都是一个微指令。
⒊微程序流程与代码
图7为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到模型机
（一）所列举的8位指令代码。
图8
先取地址指令，然后PC加一，将取出的指令送入数据总线，通过数据总线将指令送入指令寄存器IR中，然后执行下面的微指令。
三、实验内容及结果分析
（一）微程序的编写
为了解决微程序的编写，本装置设有微程序读写命令键，学生可根据微地址和微指令格式将微指令代码以快捷方式写入到微程序控制单元。
具体的操作方法是按动位于本实验装置右中侧的复位按钮使系统进入初始待令状态。
再按动【增址】命令键使工作方式提示位显示“H”。
微程序存贮器读写的状态标志是：
显示器上显示8个数字，左边1、2位显示实验装置的当前状态，左边3、4位显示区域号（区域的分配见表7-7-2），左边5、6位数字是微存贮单元地址，硬件定义的微地址线是ua0~ua5共6根，因此它的可寻址范围为00H~3FH；右边2位数字是该单元的微程序，光标在第7位与第8位之间，表示等待修改单元内容。
表8
区域号
微程序区对应位空间
对应位控制功能
0
31··············24
C
B
A
AR
保留
PX3
A9
A8
1
23··············16
CE
AD
CN
M
S0
S1
S2
S3
2
15···············8
PX2
AR
PC
IR
DR2
DR1
Ri
WE
3
7················0
U0
U1
U2
U3
U4
U5
PX1
SW
用【读】命令键可以对微程序存贮器进行检查（读出）或更改（写入）。
对微程序存贮器读写，一般应先按MON，使实验系统进入初始待命状态。
然后输入所要访问的微程序区域地址，再按【读】命令键，实验系统便以该区域的00H作为起始地址，进入微程序存贮器读写状态。
下面举例说明操作规程：
按键
8位LED显示
说明
【返回】
D
Y
-
H
P.
返回初始待命状态
【读】
D
Y
-
H
P.
初始待命状态,按【读】键无效
0
D
Y
-
H
0
按数字键0,从0区域0地址开始
【读】
C
n
0
0
0
0
X
X
按【读】命令键,进入微程序读状态,左边第3位
起显示00（区域号）、00（微地址）、XX（该微程
序单元的内容）,光标闪动移至第7位
55
C
n
0
0
0
0
5
5
按55键,将内容写入00区域00H单元
【增址】
C
n
0
0
0
1
X
X
按【增址】命令键,读出00区域下一个单元
01H,光标重新移至第7位
AA
C
n
0
0
0
1
A
A
按AA键,将内容写入00区域01H单元
【返回】
D
Y
-
H
P.
返回初始待命状态
1
D
Y
-
H
1
再按数字键1,从1区域0地址开始
【读】
C
n
0
1
0
0
X
X
按【读】命令键,进入微程序读状态,左边第3位
起显示01（区域号）、00（微地址）、XX（该微程
序单元的内容）,光标闪动移至第7位
55
C
n
0
1
0
0
5
5
按55键,将内容写入01区域00H单元
【增址】
C
n
0
1
0
1
X
X
按【增址】命令键,读出01区域下一个单元
01H,光标重新移至第7位
AA
C
n
0
1
0
1
A
A
按AA键,将内容写入01区域01H单元
【返回】
D
Y
-
H
P.
按【返回】退出存储操作返回初始状态
按以上所说明的操作规程，通过键盘在微地址00H单元所对应的四个区域地址分别输入55H，在微地址01H单元所对应的四个区域地址分别输入0AAH。
（二）手动方式下的微地址打入操作
微程序控制器的组成见图7-7-1，其中微命令寄存器32位，用三片8D触发器（273）和一片4D（175）触发器组成。
它们的清零端由CLR来控制微控制器的清零。
它们的触发端CK接T2，在时序节拍的T2时刻将微程序的内容打入微控制寄存器（含下一条微指令地址）。
1微地址控制原理
图9
⑵微地址控制单元的实验连接
图10实验连线示意图
按图10所示，连接实验电路：
1总线接口连接：
用8芯扁平线连接图10中所有标明“
”或“
”图案的总线接口。
②时钟信号“
”连接：
用双头实验导线连接图10中所有标明“
”图案的插孔
（注：
Dais-CMH的时钟信号已作内部连接）。
⑶微地址的打入操作
在“L”状态下，首先置SW-B=0，然后向数据开关置数，再按【单步】键，在机器周期的T2时刻把数据开关的内容打入微地址锁存器。
实验步骤如下：
注:
【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲
结果分析：
当SW-B为零，开启了数据输入，给数据开关置数，将数据数据开关置的数存入微地址单元，同时微地址灯跟随数据。
当数据开关指数为00000001，微地址的灯跟随数据开关的置数，为000001.为00000010时，微地址灯为000010。
⑷微地址的修改与转移
按图9所示，微地址锁存器的置位端R受SE5~SE0控制，当测试信号SE5~SE0输出负脉冲时，通过锁存器置位端R将某一锁存器的输出端强行置“1”，实现微地址的修改与转移。
按微程序流程图8所示的微控制流程，对指令译码寄存器IR分别打入微控制流程定义的操作码20H、40H、60H、80H、0A0H，然后打入流程图定义的基地址08H，按【单步】键，在机器周期T4节拍按微控制流程对IR指令寄存器的内容进行测试和判别，使后续微地址转向与操作码相对应的微程序入口地址。
举例操作如下：
①当IR寄存器为20H、微地址为08H时，按【单步】键后微地址为09H。
②当IR寄存器为60H、微地址为08H时，按【单步】键后微地址为0BH。
注:
【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲
结果分析：
当CBA=000、CE=0、SW-B=1时，打开三态门输入。
将数据开关置数，LDIR=1，转入指令寄存器中，当P
（1）=1时，转入微地址中。
例：
当数据开关置数为00100000时，使CBA=000、CE=0、SW-B=1、LDIR=1时，指令寄存器的地址灯显示为00100000，当LDIR=0、SW-B=0、P
（1）=1时，数据开关置数为00001000，微地址灯为001000。
四、实验总结
通过实验七，掌握了微程序控制器的原理，同时掌握了微程序的编制、写入、观察了微程序的运行，熟悉了指令的执行流程。
实验八指令部件模块实验
一、实验目的
⒈掌握时序产生器的组成方式。
⒉熟悉指令产生的原理。
二、实验原理
图11
图12中，由两片163组成了8位程序计数器，PC的数据受控于LOAD、LDPC、PC-B，当LDPC有效时，T3会传入程序计数器中。
当CBA=001也就是PC-B=1时，数据会通过数据总线将PC的值传入地址寄存器中。
图12
图12中，指令寄存器是由273组成，当LDIR有效时，电平T4会传入指令寄存器的273中，数据总线中的内容会传入指令寄存器中。
三、实验内容及结果分析
在闪动的“P.”状态下按动【增址】命令键，使LED显示器自左向右第4位显示提示符“L”，表示本装置已进入手动单元实验状态。
（一）程序计数器（PC值）的置数、输出与加1
⑴PC值的写入
拨动二进制数据开关向程序计数单元置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为“1”、反之为零）。
具体操作步骤图示如下：
注:
【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲
结果分析：
CBA=000、CE=0、SW-B=1表示打开三态门输入，拨动数据开关进行置数，令LOAD=1、LDPC=1，数据传入到程序计数单元。
数据开关置数为00000000，程序技术单元显示00.
2PC值的读出
关闭数据输入三态（SW-B=0）、CE保持为0、LOAD=0、LDPC=0、CBA=001时，按【单步】键，打开PC-B缓冲输出门，数据总线单元应显示00000000；
结果分析：
当CBA=001时，程序计数器中的数据会通过数据总线，则当数据为00000000时，数据总线单元显示为00.
3PC值送地址寄存器并加1
在保持PC值读出的开关状态下，置LDAR=1、LDPC=1，按【单步】命令键，在T3节拍把当前数据总线的内容（即PC）打入地址锁存器，地址总线单元的显示器应显示00H，在T3节拍的上升沿PC计数器加1，PC单元的显示器应显示01H。
结果分析：
当LDAR=1、LDPC=1时，数据会通过数据总线传入到地址指令寄存器中，地址总线显示为00，而PC会自动加一，所以PC单元显示为01.
（二）指令码的打入与散转
按实验七图7-7-3微程序流程所示的微控制流程，对指令译码寄存器IR分别打入微控制流程定义的操作码20H、40H、60H、80H、0A0H，然后根据流程图定义的基地址08H置入数据开关，按【单步】键，在机器周期的T2节拍把基地址08H打入微地址锁存器，在机器周期T4节拍按微控制流程对IR指令寄存器的内容进行测试和判别，使后续微地址转向与操作码相对应的微程序入口地址。
举例操作如下：
①当IR寄存器为20H、微地址为08H时，按【单步】键后微地址为09H。
②当IR寄存器为60H、微地址为08H时，按【单步】键后微地址为0BH。
注:
【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲
结果分析：
CBA=000、CE=0、SW-B=1时，为三态门输入，LDIR=1数据会通过数据总线传入指令寄存器中。
LDIR=0、SW-B=0微程序对寄存器中的内容进行测试。
当数据开关置数为001000000时，指令寄存器显示为08，微地址显示为灯为001000，P
（1）=1时，PC自动加一，微地址显示为001001.
四、实验总结
通过实验八，熟悉了时序电路的组成，了解了时序电路的原理，完成了将数据打入IR寄存器、PC指针寄存器，PC指针自动加一的实验操作。
实验九时序与启停实验
一、实验目的
⒈掌握时序电路的原理。
⒉熟悉启停电路的原理。
二、实验原理
图13
时序与启停单元是由一半74LS74，一片175、一个非门组成的，时钟信号通过非门通过与非门传到175中，175的输出数据通过非门，与门传入到T1、T2、T3、T4四个或门。
按动【连续】命令键时管理CPU令“运行方式”位为“0”，运行触发器CR一直处于“1”状态，因此时序信号T1~T4将周而复始地发送出去。
当按动【单步】命令键时管理CPU令“运行方式”位为“1”，机器便处于单步运行状态，仅发送单周期4拍制时序信号。
单步方式运行，每次只执行一条微指令，可以观察微控制状态与当前微指令的执行结果。
另外当模型机以连续方式运行时，如果按动【宏单】命令键，管理CPU令停机控制位为“1”，也会使机器停止运行。
（二）观察时序波形
图14
利用本实验系统的PC示波器可观察T1、T2、T3、T4的时序图。
具体方法是：
⑴在联机状态下选择菜单栏中“设置/参数设置”命令，在打开的设置窗口中点击“手动方式（单元实验）”再点击“确认”退出设置操作。
⑵在本实验装置工作方式提示位显示“L”（LED显示器自左向右第4位）的状态下，点击工具栏“
”按钮，启动时序电路以连续方式运行，即可获得实验时观测所需的脉冲信号。
⑶用测试棒在“
时序启停单元”的T1~T4中任选2个与“
PC示波器”的CH0、CH1通道相连接，在联机状态下点击工具栏“
”按钮（或按快捷键：
F4）打开示波器窗口，单击“开始”，可观察到T1、T2、T3、T4中任意2个节拍的波形。
T1、T2
T3、T4
实验的结果如上图所示，频率为机器自己的频率。
（三）单脉冲在实验中的运用
本实验系统的“
时序启停单元”提供了T1、T2、T3、T4四个单节拍的脉冲按钮，为单元实验的分时调试、过程调试创造了必要的环境，这里需要提示的是每按一次【单步】键产生的是一个机器周期的时序脉冲，完成四个节拍的微控制操作，不能以单节拍方式分时调试实验项目。
T1、T2
T3、T4
实验结果如图，时序脉冲是通过按脉冲按钮产生的。
三、实验总结
通过实验九了解了以单步、连续方式运行时序电路的过程，观察了T1、T2、T3、T4在不同频率下各点的时序波形。
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