計(jì)算機(jī)組成原理的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

　　程序控制器實(shí)驗(yàn)

　　一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

　　(1) 理解時(shí)序產(chǎn)生器的原理，了解時(shí)鐘和時(shí)序信號(hào)的波形。 (2) 掌握微程序控制器的功能、組成知識(shí)。 (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(yùn)行

　　二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

　　PC機(jī)一臺(tái)，TD—CM3+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。

　　三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：

　�。ㄒ唬� 實(shí)驗(yàn)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(chǔ)器采用3片2816的EPROM，具有掉電保

　　2

　　護(hù)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(yù)置端。在不判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)刻打入微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時(shí)刻進(jìn)行測(cè)試判別時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強(qiáng)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(yàn)電路中設(shè)有一個(gè)編程開關(guān)(位于實(shí)驗(yàn)板右上方)，它具有三種狀態(tài)：PROM (編程)、READ(校驗(yàn))、RUN(運(yùn)行)。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器2816中。當(dāng)處于“校驗(yàn)狀態(tài)”時(shí)，可以對(duì)寫入控制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而可以判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運(yùn)行狀態(tài)”時(shí)，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(dòng)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(qū)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(zhǎng)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(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(cè)試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)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(qiáng)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(yàn)內(nèi)容

　　1. 按照實(shí)驗(yàn)接線圖連接好實(shí)驗(yàn)線路，并且檢查線路，確保無誤。 2. 對(duì)微控器的讀寫操作（1）手動(dòng)讀寫 （2）聯(lián)機(jī)讀寫 3.運(yùn)行微程序（1）本機(jī)運(yùn)行 （2）聯(lián)機(jī)運(yùn)行

　　這次實(shí)驗(yàn)安排了四條機(jī)器指令，分別為 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和 HLT（0101 0000），括號(hào)中為各指令的二進(jìn)制代碼，指令格式如下：

　　助記符 機(jī)器指令 說明 R0

　　HLT 01010000 停機(jī)

　　實(shí)驗(yàn)中機(jī)器指令由 CON 單元的二進(jìn)制開關(guān)手動(dòng)給出，其余單元的控制信號(hào)均由微控制器自動(dòng)產(chǎn)生，為此可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路圖，見圖 3-2-8 所示。 幾條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)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(nèi)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(jìn)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(cè)試字，根據(jù)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(chǔ)好的微程序驗(yàn)證00100011（23）

　　自加，并輸出結(jié)果。思考題：設(shè)計(jì)并修改電路，編寫用微程序?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)器中兩個(gè)單字節(jié)十六進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算，結(jié)果輸出至OUT單元。 要求：操作數(shù)由IN單元

　　MEM

　　ALU 結(jié)果 OUT單元輸出

　�。ㄈ�） 實(shí)驗(yàn)要求

　�。�1） 按照實(shí)驗(yàn)步驟連接好電路，按照要求內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn) （2） 記錄本次實(shí)驗(yàn)的所有運(yùn)行結(jié)果，故障現(xiàn)象及排除過程 （3） 在要求實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上試解決思考題的問題 （4） 記錄本次實(shí)驗(yàn)的收獲和想法

　　四、 實(shí)驗(yàn)步驟、觀察與思考：

　�。ㄒ唬�幾條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的參考微程序流程圖如下

　　1. 連接實(shí)驗(yàn)線路：

　　仔細(xì)查線無誤后接通電源。如果有‘滴’報(bào)警聲，說明總線有競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，應(yīng)關(guān)閉電源，檢查接線，直到錯(cuò)誤排除。

　　2．對(duì)微控器進(jìn)行讀寫操作，分兩種情況：手動(dòng)讀寫和聯(lián)機(jī)讀寫。

　　1) 手動(dòng)讀寫