计算机组成原理实验 控制器

立即数IMM 立即数 0110 00 01→R1 R0+R1 01 0011 →R1 XX
MOV addr，R1 04 addr， OUT LED，addr 06 LED， JMP 00 08
addr addr
1000 R1 →addr XX XX
（ XX XX ） 0101addr）→LED 00000000
运行微程序
00
NOP
01
微程序流程图
PC→AR PC+1
02
RAM→IR
P(1)
NOP(10)
10+0
IN(11)
10+1
MOV(13)
10+3
MOV(14)
10+4
JMP(15)
10+5
ADD(16)
10+6
未定义(12,17,19-1F） OUT（18）未定义
10+8
NOP 01
SW→RD PC→AR PC+1 01
微指令格式
B字段 字段
PX3 0 0 0 0 PX2 0 0 1 1 PX1 0 1 0 1 P( 1 ) P( 2 ) P( 3 )
选择
测试字 关闭测试 测指令的高4 测指令的高4位 测指令的3、 位 测指令的 、2位 测试Z和CY
微指令格式
UA0-UA5为6位后续微地址 注意：其微地址 为 位后续微地址 注意： 位后续微地址(注意 的排列顺序为前低后高)。 的排列顺序为前低后高 。 C、B、A 为A字段 决定总线上的信息来源。 字段,决定总线上的信息来源 字段 决定总线上的信息来源。 PX3、PX2、PX1为 B字段，其功能是： 为 字段 其功能是： 字段， 1. 根据机器指令及相应微代码进行译码，使 根据机器指令及相应微代码进行译码， 微程序转入相应的微地址入口 微地址入口； 微程序转入相应的微地址入口； 2. 根据 和CY标识产生相应的后续微地址。 根据Z和 标识产生相应的后续微地址 标识产生相应的后续微地址。 本实验采用复杂模型机方式（控存 单元的最 本实验采用复杂模型机方式（控存06单元的最 高字节不能为40H）。 ）。 高字节不能为
1 1
1 1 1
1 1 1
20 00 60 40 00 80 10 0A
00 00 00 80 1 1 1 00 00 00 80 1 00 00 02 81
指令
微 地址 00 01
微地址
微
微 0区 区 00 20 00 1区 区 00 00 80 00 2区 区 00 60 10 02 3区 区 80 40 0A 81
实验内容
用复杂模型机方式完成下列十组机器指 令序列中每条指令的微程序设计 (选其中之 一)，达到能够程单步运行状态 。
综合设计题目
1. MOV MOV ADD JCZ MOV L1: HLT R0，XXH ， R1，[10H] ， R0，R1 ， L1 ；相对寻址 [11H]，R0 ，
综合设计题目
实验步骤
用微单步运行微指令程序， 用微单步运行微指令程序，对照微程序流程 图，观察实验设备平台上的相关寄存器当前 状态及微地址指示灯是否和其流程图中表示 的一致。检查、运行、 的一致。检查、运行、记录并对照调试运行 后的结果是否和预测值一致。 后的结果是否和预测值一致。 注意：在运行程序时不可同时打开多个主界 注意： 面窗口。 面窗口。
找到微程序的入口地址
指令输入格式
输入格式 格式： 机器指令地址及代码 输入格式： PXX XX 程序地址 机器代码 输入格式： 微程序地址及微码 输入格式： MXX XX XX XX XX 微程序地址 32位微指令代码
寄存器：输入用LDR0 寄存器：输入用 单字节指令 参与译码 指出源寄存器 指出目的寄存器 输出用CBA 输出用
选定的寄存器 R0 R1 源寄存器 R2 SP
0 0 0 1
目的寄存器
1 1 1 0 1 1 1 0 1
操作码
例:ADD R0，R1 0110 0 1 0 0 R0， ADD R1，R2 0110 1 0 0 1 R1，
机器指令格式
双字节指令（格式一） 双字节指令（格式一）
7
第一字节 第二字节
6
5
07
PC→AR PC+1
08
PC→AR RD→DR1 PC→AR PC+1 PC+1
03 09
NOP 01
RS→DR2
04
百度文库
0A
RAM→AR (AR)→RD RAM→PC
05
RAM→AR
0B
RS→RAM 01
01
01
（DR1）+ (DR2)→RD 01
RAM→LED
01
实验连线图
实验步骤
按图2-5-3连接相关的实验电路。 连接相关的实验电路。 按图 连接相关的实验电路 将实验设备设置在“模型机”状态，点击桌 将实验设备设置在“模型机”状态， 面上 图标启动DAIS系统软件 ， 并选定： 图标启动 系统软件， 并选定 ： 系统软件 串口为COM1；波特率为9600；运行方式为 串口为 ；波特率为 ； “ 微运行” ； 连接硬件实验系统进入主界面。 微运行 ” 连接硬件实验系统进入主界面 。 在编辑状态下， 在编辑状态下， 依次输入机器代码及对应微 指令码， “ 保存” 并 “ 装载” 到实验设备的 指令码 ， 保存 ” 装载 ” 控存和内存中。 控存和内存中。
微指令格式
P(3)：测试进位(CY)和结果为零 ：测试进位 和结果为零(Z)标志。 标志。 和结果为零 标志 两标志皆为'0'时 微指令的下地址为 微指令的下地址为UA5～UA0, 两标志皆为 时,微指令的下地址为 ～ 之一为'1'时 下地址为将 下地址为将UA4置"1"后的 两标志 之一为 时,下地址为将 置 后的 下地址.也就是说测试 也就是说测试(P3)微指令的下地址的 下地址 也就是说测试 微指令的下地址的 UA4必须是 。 必须是0。 必须是 UA5 4 3 2 1 0 例: UA5～UA0为0A ～ 为 0 0 1 0 1 0 满足条件： 满足条件：E=1A 0 1 1 0 1 0 不满足条件： 不满足条件：E=0A 0 0 1 0 1 0 ★基地址处如果不用，须写一条“空操作”。 基地址处如果不用，须写一条“空操作” 例：M10 00 00 00 80
设计举例： 设计举例：IN R1，SW ，
区
0区 区
保 留 字 AR CN LOAD CE A8 A9 PX3 CB A
1区 区
M
2区 区
3区 区
微指令
SW-B PX1 UA5 UA4 UA3 UA2 UA1 UA0 WE LDR0 LDDR1 LDDR2 LDIR LDPC LDAR PX2 S3 S2 S1 S0
实验内容
根据数据通路框图(图 根据数据通路框图 图2-5-1)、微控制器 、 原理图(图 原理图 图 1-2-12（ a） )、 微程序流程图 （ ） 、 (图 2-5-2)、 机器指令程序 表 2-5-1)、 微 图 、 机器指令程序(表 、 指令格式(表 指令格式 表 2-5-2)， 用微指令序列来实现 ， 给 定 的 六 条 机 器 指 令 IN 、 ADD 、 MOV 、 OUT、JMP。 、 。
2. MOV MOV CLR ADD INC ADD HLT R1， R1，12H [10H]， [10H]，R1 R1 R1， R1，@[10H] [10H] R1， R1，@[10H]
微指令格式
P(2)：测试第一字节的 、2位。 ：测试第一字节的3、 位 实际有效地址为E=基地址∨ 实际有效地址为 基地址∨第一字节 基地址 的3、2位（基地址的低 位为 ）。 位为0）。 、 位 基地址的低2位为 例:UA5～UA0为1C，第一字节 ～ 为 ，第一字节84 10000100 E=1C∨01=1D ∨
实验原理
机器指令与微程序的关系
一条机器指令对应一段微程序。 一条机器指令对应一段微程序。 微程序是由若干条微指令组成的， 微程序是由若干条微指令组成的，用来完成 机器指令所规定的功能。 机器指令所规定的功能。 微指令是由可以在同一节拍完成的某些功能 的微操作组成的。 的微操作组成的。
指令译码要做什么
4
3
2
1 RD
0
OP－CODE － D
RS
双字节指令，其中一个地址在第二字节， 双字节指令，其中一个地址在第二字节，不 用的寄存器编码任意（一般写为零）。 用的寄存器编码任意（一般写为零）。
机器指令格式
双字节指令（格式二） 双字节指令（格式二）
7 0 6 5 M 4 0 D
寻址模式M 寻址模式 00 01 10 11 有效地址E 有效地址 E=D E=（D） （ ） E=（R2） （ ） +D D为立即数 为立即数 说明 直接寻址 间接寻址 变址寻址 立即寻址 3 2 OP 1 0 REG
M6
M5
M4
M3
M2
8
7
6
5
4
3
M1
M0
LDAR
LDPC LDIR LDDR2 LDDR1 LDR0
WE
UA0
UA1 UA2 UA3 UA4 UA5 PX1 SW-B
LDR0：将总线数据写入目的寄存器； ：将总线数据写入目的寄存器； LDIR：将总线数据写入指令寄存器； ：将总线数据写入指令寄存器； LOAD，LDPC：LOAD=1、LDPC=1，将总线数据写入 ； ， 将总线数据写入PC； ： 、 将总线数据写入 LOAD=0、LDPC=1、CBA=001，PC+1→PC； 、 ， ； UA5 、UA4、 UA3、UA2 、 UA1 、 UA0：微指令后续地址。 、 、 ：微指令后续地址。
实验四 微程序控制器实验
控制器是用来控制、指挥程序和数 据的输入、运行以及处理运算结果的 部件，控制器的设计可分为组合逻辑 设计和微程序设计。 本实验将通过微程序的编制、装入 和调试，来完成机器指令的执行。
实验目的
掌握微程序控制器的组成原理。 掌握微程序控制器的组成原理。 掌握机器指令与微指令的关系。 掌握机器指令与微指令的关系。 学习微程序的编制、装入、 学习微程序的编制、装入、调 试基本方法。 试基本方法。
一个地址在第二字节， 一个地址在第二字节， 另一个地址为寄存器, 另一个地址为寄存器 选择总线数据应选择 Rd,即CBA=101 即
R2为变址寄存器 为变址寄存器
机器指令格式
地址
IN R0，SW R0， 00
操作码
源 目的
0001
XX 00 01 IMM
MOV R1,#XXH 01 开关数据→R0 0100 XX ADD R1，R0 R1， 03
第一字节00→PC 第二字节
不能与程序地址重叠
微指令格式
M25 M24 M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 M12 M11 M10 M9 C B A AR 保留字 PX3 A9 A8 CE LOAD CN M S0 S1 S2 S3 PX2
M8
M7
微
NOP 00
地址 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9
8
7
6
5
4
3
2
微指令后续地址 基地址） （基地址） 1
1
0
0区 1区 2区 3区 00 00 00 80
PC→AR, PC+1 01 → RAM→IR → 02 03 04 05 06 NOP SW→RD → 10 11
微指令格式
P(X)：识别什么操作及如何确定下地址 ： 基地址： 基地址：UA5-UA0 P(1)：测试第一字节的高4位。 ：测试第一字节的高 位 实际有效地址为E=基地址∨ 实际有效地址为 基地址∨第一字节的 基地址 位必须为“ ）。 高4位（基地址的低 位必须为“0”）。 位 基地址的低4位必须为 第一字节84 例:UA5～UA0为20,第一字节 ～ 为 第一字节 10000100 E=20∨8=28 ∨
IN R1
11 02 11（ （ 01） ）
00
Dais-CMH+
DR2
ALU
微地址 299 程序计 数器PC
实 验 设 备 位 置 图
DR1 数据 总线 指令寄 存器IR
控存
R0
R1
R2
锁存 输出
SW 地址 总线 内存
微单步 复位
综合设计
自定义指令系统的设计与实现
实验目的
综合运用所学计算机原理和汇编知 结合前面5个实验内容。 识，结合前面5个实验内容。设计微程 序实现题目规定的指令。 序实现题目规定的指令。
7 6 5 4 OP-CODE RS 或 RD 00 01 10 11 3 2 RS 1 0 RD
C 0 B 0 0 1 1 0 A 0 1 0 1 0
机器指令格式 操作码
A字段 字段
总线数据来源 RAM 或SW→B → PC→B → ALU→B → 299→B → RS→B → RD→B → RI→B → SP→B →