微程序控制器实验报告.docx
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微程序控制器实验报告
组成原理实验报告
题目：
微程序控制器实验
姓名：
班级：
学号：
同组人：
完成日期：
2012年6月
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一、实验目的-----------------------------------------------------------------------------------3
二、实验设备-----------------------------------------------------------------------------------3
三、实验任务-----------------------------------------------------------------------------------3
四、预备知识----------------------------------------------------------------------------------4
五、实验要求----------------------------------------------------------------------------------6
六、实验电路分析，操作与数据记录-----------------------------------------------8
七、收获和体会--------------------------------------------------------------------------14
一、实验目的
1、复习与巩固微程序控制器基本原理。
2、练习简单微程序的控制与调试。
3、为整机实验做准备。
4、进一步加深对运算器、存储器及时序电路的理解。
5、熟练连接硬件电路，为课程设计做好准备。
二、实验设备及器件
JZYL—Ⅱ型计算机组成原理教学实验仪一台；
芯片：
74LSl81：
运算器芯片2片
74LS373：
八D锁存器片
74LS244：
数据开关片
74LS193：
同步4位计数器片
6116存储器或2114存储器1~2片
三、实验任务
按照下面的参考电路实现取数、加法、或操作等运算。
（提示：
尽量控制信号最少）
复习前两个实验电路中各个信号的含义和作用，重点是运算与存储器之间的数据通路。
实验内容：
1.机器指令
7654
3210
OP
ADDR
格式
000NOP
100LOADAC（ADDR）
101XORAC（AC）⊕（ADDR）
110ORAC（AC）+（ADDR）
111ADDAC（AC）加（ADDR）
注：
ADDR由74LS193给出
2.参考电路图：
1、使用实验台上的节拍T，时序电路见实验指导书P3。
2、6116中只存数据，不存指令。
3、指令执行时处于读模式及读操作下，此时193变化时，6116的输出也随之变化。
4、可单条指令或单节拍执行。
5、读写模式、读写操作：
读模式下，如果开关为读操作，则无冲突；
读模式下，如果开关为写操作，则发生冲突；
写模式下，如果开关为读操作，则发生冲突；
写模式下，如果开关为写操作，则无冲突；
6、冲突说明：
冲突时，报警灯亮，244处于高阻态，6116不工作。
模式
244
6116
读模式
高阻
读
写模式
开通
写
四、预备知识
1、RAM6116的功能特性
RAM6116：
RAM6116是一种2K*8位的高速静态CMOS随机存取存储器RAM（randomaccessmemory）。
随机存取存储器是指存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。
这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。
具有如下的功能特性：
1）随机存取：
所谓“随机存取”，指的是当存储器中的数据被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。
2）易失性：
当电源关闭时RAM不能保留数据。
3）高访问速度：
现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，取存延迟也和其他涉及机械运作的存储设备相比，也显得微不足道。
4）需要刷新：
现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。
电容器充满电后代表1（二进制），未充电的代表0。
由于电容器或多或少有漏电的情形，若不作特别处理，数据会渐渐随时间流失。
刷新是指定期读取电容器的状态，然后按照原来的状态重新为电容器充电，弥补流失了的电荷。
需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。
5）对静电敏感：
正如其他精细的集成电路，随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。
静电会干扰存储器内电容器的电荷，引致数据流失，甚至烧坏电路。
故此触碰随机存取存储器前，应先用手触摸金属接地。
2、运算器的相关知识
运算器是对数据进行加工处理的部件，它具体实现数据的算术运算和逻辑运算，所以又称算术逻辑运算部件，简称ALU，它是中央处理器的重要组成部分。
计算机中的运算器结构一般都包含如下几个部分：
加法器、一组通用寄存器、输入数据选择电路和输出数据控制电路等。
SN74181是一个四位的算术逻辑运算单元，它的基本算术逻辑运算单元仍然以FA为基础，通过在FA输入端增加函数发生器改变输入数据的特性，使得这些数据经过FA后能实现更多和更复杂的算术、逻辑运算功能。
对SN74181的说明：
1）有正逻辑和负逻辑两种工作方式，它们的逻辑功能能等效。
2）有16种算术运算或逻辑运算选择功能，受S3~S0的控制。
3）M是运算方式选择符，M=H时执行的是逻辑运算，M=L时执行算术运算。
4）加、减表示算术运算，+表示或运算。
5）算术运算结果和算术运算过程均用补码表示。
由于减法时减数的反码由电路6）内部产生，故得到的结果为A--B--1，要得到A--B的结果，应使得最低进位7）输入低电平，因为低电平进位取非后才送入相应电路。
8）功能表中A*表示将A左移一位，即A*=2A。
9）对于减运算，减数只能从B3-1端输入。
运算示意图
3、注意事项
1）6116在使用时，所有不使用的输入脚（地址脚）必须接地，绝对不能悬空。
否则会烧坏芯片，或者使存储器芯片不能正常工作，导致实验失败。
2）进行操作时，需要注意地址线有高低之分，数据线的高低由自己决定。
3）接74LS373使能端G的开关不能敞开，打到高电平之后必须马上返回低电平。
4）实验中的开关较多，实验时若记不清楚就容易因混乱而发生错误，因此对于用不到的引脚就不用接开关了。
五．实验要求
1、实验前的准备
1）复习有关运算器和存储器的内容：
复习《计算机组成原理》中有关数据通路的章节内容。
对数据通路的构成、数据在数据通路中的流动及控制方法有基本的了解。
2）熟悉电路中各部分的关系及信号间的逻辑关系
3）参考芯片手册，自己设计实验电路，画出芯片间管脚的连线图，标上引脚号，节省实验的时间。
4）对所设计的电路进行检查，重点是检查能否控制数据在电路中不同部件之间的传输。
2、实验步骤
实验可按照自己设计的电路或参考电路按照搭积木的方式进行。
先完成运算器的数据通路部分，在运算器部分能够正确完成各类运算的基础上，再增加存储器通路，并能通过带三态控制的数据开关，存入要用的初始数据。
最终的结果能够在指示灯上显示。
3、实验报告要求
1）实验目的；
2）各模块的设计电路和系统的整体电路,多设计进行详细的分析与说明；
3）实验结果的记录与分析：
给出某个地址对应的数据及结果（列表显示）；
4）画出实验电路，并标上引脚号；
5）列出操作步骤及顺序；标出重要的开关控制端；
6）实验收获和体会；
7）实验中碰到的问题和解决的方法。
说明：
参考实验指导书中的实验四
六、实验电路分析，操作与数据记录
1、实验分析：
微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作，它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示。
这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。
微程序储存在专用的存储器重，称为控制储存器。
微程序控制器原理如下图：
（1）机器指令及其格式：
表1机器指令格式
7654
3210
OP
ADDR
000NOP
100LOADAC（ADDR）
101XORAC（AC）⊕（ADDR）
110ORAC（AC）+（ADDR）
111ADDAC（AC）加（ADDR）
（2）微指令格式
微命令
C7
C6
C5
C4
C3
C2
C1
C0
有效值
1
1
1
1/0
1/0
1/0
1/0
1/0
功能
N
N
N
S3
S2
S1
S0
M
注：
上表中N表示为空操作或有实际操作
（3）机器指令对应的微指令
表3机器指令对应的微指令：
机器指令
OP
微命令
C7
C6
C5
C4
C3
C2
C1
C0
NOP
000
0
0
0
0
0
0
0
0
LOAD
100
1
0
0
0
0
0
0
0
XOR
101
1
0
1
0
1
1
0
1
OR
110
1
1
0
1
1
1
0
0
ADD
111
1
1
1
1
0
0
1
0
（4）冲突检测:
根据实验要求，设计冲突检测电路:
（5）实验电路总图：
根据实验要求，结合各芯片功能，讲各部分整合，得到如下电路图：
2、实际操作：
参照上图1电路，按照搭积木的方式进行实验。
先完成运算器的数据通路部分，在运算器部分能够正确完成各类运算的基础上，再增加存储器通路，并能通过带三态控制的数据开关，存入要用的初始数据。
最终输出显示实验结果。
3、数据记录与分析：
1、根据LOAD指令将下表中的数据存入存储器中
存储器中存入的数据
地址
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
数据
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
3、一次输入微指令，并查看实验结果
实验结果记录
机器指令
微指令
地址
实验结果
NOP
00000000
0000
空操作
LOAD
10000000
0000至1111
如表4
XOR
10101101
0001、0011
0010
OR
11011100
0101、1010
1111
ADD
11110010
0010、0100
0110
3、冲突检测
表6冲突检测实验数据
模式
操作
检测灯
有无冲突
读
写
红
冲突
读
读
蓝
不冲突
写
读
红
冲突
写
写
蓝
不冲突
所记录数据与实验预期目的符合，实验实现了所要求的功能和作用，冲突和溢出检测符合理论。
七、体会和收获：
本次实验是耗时最长，最后并没有全部完成的实验，由于偶然性的原因，导致溢出检测成功一次，但是后来检查时却并没有符合要求。
这告诉我们，在进行对电路检测时，一定要多测试几组数据，实验确实存在一定的偶然性。
实验这次的难点在于时序电路的控制和微指令的设计，由于缺乏对这两样的理论和实际操作知识，导致了实验的一度停滞，最后不得不一步一步摸索，缓慢的进行实验。
最后获得成功。
并且这次实验由于在芯片上的输出插搓一根线，导致全部实验的功能都不能进行，所以，步步为营，是做任何实验的基础。
通过这次实验，加深了微指令与机器指令的对应关系，微指令对机器的控制，以及时序脉冲的用途、作用的了解。
这对以后的课程设计应该会有很大的帮助。
到实验最后时间，见证了同学与老师的吵闹，具体原因不清楚，实验很难，学生都感到非常困难，耗时非常长，也导致老师在实验室工作时间的延长，非常辛苦。
而面对部分老师的态度，确实也令人费解。
我请老师检查电路时出了问题，直接来一句浪费我的时间，老师的时间不就是帮同学检查，解决问题么？
老师很累，同学很难，希望以后多互相理解。
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