计算机组成原理(3.6微程序控制器设计)
计算机组成原理-微程序控制器实验报告
计算机组成原理实验之微程序控制器实验一、实验目的1．掌握时序发生器的组成原理。
2．掌握微程序控制器的组成原理。
二、实验内容1．实验电路（1）时序发生器电路本实验所用的时序电路见图4.1。
电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10、一片74LS390组成，可产生两级等间隔时序信号T1-T4、W1-W3，其中一个W由一轮T1-T4组成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍，而一轮W1-W3可以执行硬连线控制器的一条机器指令。
另外，供数字逻辑实验使用的时钟由MF经一片74LS390分频后产生。
图4.1 时序信号发生器（2）微程序控制器电路图4.2微程序控制器电路微地址转移逻辑表达式:A5＝D5＝μA5；A4＝D4＝C•P2+μA4；A3＝D3＝IR7•P1+μA3；A2＝D2＝IR6•P1+SWC•P0+μA2；A1＝D1＝IR5•P1+SWB•P0+μA1；A0＝D0＝IR4•P1+SWA•P0+μA0。
2．一些关键技术（1）微指令格式图4.3微指令格式（3）上述8条指令的微程序流程图如图4.4所示图4.4微程序流程图（4）微程序代码表表4-2微程序代码表微指令KT RRF WRF RRM WRM PR当前微地址00 0C 1E 06 07 0B 1D 0D 0E 0A 02 03 09 04 05 08 0F 下一微地址08 1E 06 07 1E 1D 0D 0E 1D 02 03 02 04 05 04 0F 10P0 1 . . . . . . . . . . . . . . . .P1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1P2 . . . . . . . . . . . . . . . . .备用. . . . . . . . . . . . . . . . .TJ . 1 . . 1 1 . 1 1 . 1 . 1 . 1 . .LDIR . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1PC+1 . . . . . . . . . . . . . . . . .LDPC# . 1 . . . 1 . . . . . . . . . 1AR+1 . . . . . . . . . . . 1 . . 1 . .LDAR# . 1 . . . 1 . . . 1 . . 1 . . . . LDDR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . LDDR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . LDRi . . . . . . . . 1 . . . . . . . .SW_BUS# . 1 1 . . 1 1 . 1 1 . . 1 1 . 1 . RS_BUS# . . . . 1 . . . . . . . . . . . . ALU_BUS# . . . . . . . . . . . . . . . . . RAM_BUS# . . . . . . . . . . 1 . . . . . . CER# . . . 1 . . . 1 . . . . . . . . 1 CEL# . . 1 . . . 1 . . . 1 . . 1 . . . LR/W# . . 0 . . . 0 . . . 1 . . 0 . . . Cn# . . . . . . . . . . . . . . . . .M . . . . . . . . . . . . . . . . .S0 . . . . . . . . . . . . . . . . .S1 . . . . . . . . . . . . . . . . .S2 . . . . . . . . . . . . . . . . .S3 . . . . . . . . . . . . . . . . .表4-2微程序代码表(续)微指令ADD SUB AND STA LDA JC STP OUT当前微地址10 18 11 19 12 1A 13 1B 14 1C 15 1F 16 17 下一微地址18 0F 19 0F 1A 0F 1B 0F 1C 0F 0F 0F 0F 0FP0 . . . . . . . . . . . . . .P1 . . . . . . . . . . . . . .P2 . . . . . . . . . . 1 . . .备用. . . . . . . . . . . . . .TJ . . . . . . . . . . . . 1 1LDIR . . . . . . . . . . . . . .PC+1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 1 . 1 1LDPC# . . . . . . . . . . . 1 . .AR+1 . . . . . . . . . . . . . .LDAR# . . . . . 1 . 1 . . . . .LDDR1 1 . 1 . 1 . 1 . . . . . . .LDDR2 1 . 1 . 1 . . . . . . . . .LDRi . 1 . 1 . 1 . . . 1 . . . .SW_BUS# . . . . . . . . . . . . . .RS_BUS# . . . . . . 1 . 1 . . 1 . 1ALU_BUS# . 1 . 1 . 1 . 1 . . . . . .RAM_BUS# . . . . . . . . . 1 . . . .CER# . . . . . . . . . . . . . .CEL# . . . . . . . 1 . 1 . . . .LR/W# . . . . . . 0 . 1 . . . .Cn# . . . 1 . . . . . . . . . .M . 0 . 0 . 1 . 0 . . . . . .S0 . 1 . 0 . 1 . 0 . . . . . .S1 . 0 . 1 . 1 . 0 . . . . . .S2 . 0 . 1 . 0 . 0 . . . . . .S3 . 1 . 0 . 1 . 0 . . . . . .注：后缀为＃的信号都是低电平有效信号，为了在控存ROM中用“1”表示有效，这些信号在控制器中经过反相后送往数据通路。
《计算机组成原理》微程序设计实验报告
《计算机组成原理》实验报告学院：计算机学院专业：交通工程班级学号：AP0804114学生姓名：黄佳佳实验日期：2010.12.14指导老师：李鹤喜成绩评定：五邑大学信息学院计算机组成原理实验室实验五微程序设计实验一、实验目的：深入掌握微程序控制器的工作原理，学会设计简单的微程序。
二、预习要求：1．复习微程序控制器工作原理；2．复习计算机微程序的有关知识。
三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。
四、微程序的设计：1．微指令格式设计微指令编码格式的主要原则是使微指令字短、能表示可并行操作的微命令多、微程序编写方便。
微指令的最基本成份是控制场，其次是下地址场。
控制场反映了可以同时执行的微操作，下地址场指明下一条要执行的微指令在控存的地址。
微指令的编码格式通常指控制场的编码格式，以下几种编码格式较普遍。
1）最短编码格式这是最简单的垂直编码格式，其特点是每条微指令只定义一个微操作命令。
采用此格式的微指令字短、容易编写、规整直观，但微程序长度长，访问控存取微指令次数增多从而使指令执行速度慢。
2）全水平编码格式这种格式又称直接编码法，其特点是控制场每一位直接表示一种微操作命令。
若控制场长n位，则至多可表示n个不同的微操作命令。
采用此格式的微指令字长，但可实现多个允许的微操作并行执行，微程序长度短，指令执行速度快。
3）分段编码格式是将控制场分成几段。
若某段长i位，则经译码，该段可表示2i个互斥的即不能同时有效的微操作命令。
采用这种格式的微指令长度较短，而可表示的微操作命令较多，但需译码器。
2．微程序顺序控制方式的设计微程序顺序控制方式指在一条指令对应的微程序执行过程中，下一条微指令地址的确定方法，又叫后继地址生成方式。
下面是常见的两种。
1）计数增量方式这种方式的特点是微程序控制部件中的微地址中的微地址产生线路主要是微地址计数器MPC。
MPC 的初值由微程序首址形成线路根据指令操作码编码形成。
计算机组成原理实验报告微程序控制器实验
实验三微程序控制器实验一. 实验目的与要求：实验目的：1.理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；2.掌握微程序控制器的功能，组成知识；3.掌握微指令格式和各字段功能；4.掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程。
实验要求：1.实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过的控制信号的作用；2.按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并测出所用的脉冲Ф周期。
按练习二的要求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指令。
二. 实验方案：按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查无误后可接通电源。
1.练习一：用联机软件的逻辑示波器观测时序信号，测量Ф，TS1,TS2,TS3,TS4信号的方法如下：(1) TATE UNIT 中STOP开关置为“RUN”状态（向上拨），STEP开关置为“EXEC”状态（向上拨）。
(2) 将SWITCH UNIT 中右下角CLR开关置为“1”(向上拨）。
(3) 按动“START”按钮，即可产生连续脉冲。
（4）调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口，即可出现测量波形的画面。
（5）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的Ф插座，即可测出时钟Ф的波形。
（6）探头一端接实验仪左上角的CH2，另一端接STATE UNIT中的TS1插座，即可测出TS1的波形；（7）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS2插座，即可测出TS2的波形。
（8）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS3插座，即可测出TS3的波形。
（9）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS4插座，即可测出TS4的波形。
2.观察微程序控制器的工作原理：①关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线；②编程写入E2PROM 2816A.将编程开关（MJ20）置为PROM（编程）状态；B.将实验板上STATE UNIT 中的STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态；C.在右上角的SWITCH UNIT中UA5-UA0开关上置表3.2中某个要写的微地址；D.在MK24-MK1开关上置表3.2中要写的微地址后面的24位微代码，24位开关对应24位显示灯，开关置为1时灯亮，为0时灯灭；E.启动时序电路，即将微代码写入到E2PROM 2816的相应地址对应的单元中；F.重复C-E步骤，将表3.2的每一行写入E2PROM 2816。
计算机组成原理课程设计报告
《计算机组成原理》课程设计报告（2012— 2013学年第 1学期）题目：复杂指令计算机系统设计专业：计算机科学与技术_姓名学号：指导教师：成绩：计算机科学与技术系2013 年 1 月11 日目录1.任务书 (1)2.设备清单 (1)3.设计原理及方法 (1)3.1数据格式 (1)3.2指令设计 (1)3.3指令格式 (2)3.4指令系统 (3)3.5设计依据 (3)3.6按微指令的格式参照程序流图 (5)3.7微程序代码清单 (6)3.8实验接线图 (7)3.9机器指令代码清单 (8)3.10化简后的机器指令 (8)4.设计运行结果分析 (12)4.1实验过程 (12)4.2结果分析 (14)5.设计小结 (14)6.设计日志 (15)1．任务描述复杂指令计算机系统设计设计不少于10条指令的指令系统。
其中，包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。
重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。
基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统模型机，分析其工作原理。
根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。
IN R1，00H; 从端口00（IN单元）读入数据送R1LDI R2,0FH;将立即数OFH装入R2AND R1,R2;R1*R2－>R1STA [10H],R1;R1->[[10H]],间接寻址OUT 40H,10H；10H单元的内容在OUT单元显示，直接寻址DEC 12H；12H单元内容减1，直接寻址LOP:BZC EXIT;JMP LOP;EXIT:HLT10H、12H单元内容分别为12H、03H2.设备清单PC机一台，TD-CMA实验系统一套，排线若干。
3.设计原理及方法3.1数据格式模式机规定采用的定点补码表示法表述数据，字长为8位，8位全用来表示数据（最高位不表示符合），数值表示的范围：0≤X≤28-1。
计算机组成原理课程设计(中央处理器--微程序控制器设计)
计算机组成原理课程设计：中央处理器-微程序控制器设计摘要本文档介绍了一个针对计算机组成原理课程的设计项目，即中央处理器的微程序控制器设计。
在设计中央处理器的微程序控制器时，我们将考虑指令的执行、数据的处理以及控制信号等关键方面。
通过这个设计项目，学生将深入了解计算机系统的核心组件并掌握微程序控制器的设计方法。
引言计算机组成原理课程旨在帮助学生理解计算机硬件系统的基本原理和组成部分。
其中，中央处理器是计算机系统中最核心的部分之一。
微程序控制器是中央处理器的关键组件，它通过微指令序列控制着处理器的各个部件。
本设计项目旨在实践计算机组成原理的理论知识和设计方法，使学生能够了解中央处理器的内部结构和工作原理，并掌握微程序控制器的设计技术。
设计目标本次设计的目标是： 1. 使用合适的指令集设计一个完整的微程序控制器。
2. 实现基本的指令执行功能，包括算术逻辑单元(ALU)操作、内存读写、条件分支和跳转等。
3. 考虑控制信号与数据通路之间的兼容性和时序关系。
4. 考虑指令的效率和性能，实现合理的指令编码和微指令生成策略。
设计内容1. 指令集设计在设计微程序控制器时，首先需要确定适合该设计的指令集。
指令集应该包括基本的算术、逻辑、移位和控制指令，以及内存读写指令。
根据实际需求，可以添加其他合适的指令。
2. 微指令设计为了实现指令集中的每个指令，需要设计相应的微指令。
微指令是一系列控制信号的序列，用于控制中央处理器中各个部件的操作。
每个微指令应该包含控制信号、操作码、寄存器的选择和数据通路的选择等信息。
3. 数据通路设计数据通路连接了CPU中各个部件，包括寄存器、ALU、控制器等。
在设计数据通路时，需要考虑指令的执行顺序、数据的传递和处理，以及控制信号的生成等。
数据通路应该支持指令的执行和数据操作。
4. 控制信号设计控制信号是微程序控制器中最关键的部分，它确定了中央处理器中各个部件的操作方式和时序。
在设计控制信号时，需要考虑不同指令的差异性和并行性，确保指令的正确执行。
计算机组成原理微程序控制器组成实验课程实验报告书
学生课程实验报告书13 级计算机与信息科学系软件工程专业 1303 班学号 3138907308 姓名王明渊2014 --2015 学年第 2 学期实验项目：微程序控制器组成实验实验时间：实验原理：（任务）一、实验目的1. 掌握时序产生器的组成原理。
2. 掌握微程序控制器的组成原理。
二、实验电路1. 时序发生器本实验所用的时序电路见图3.4。
电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10、一片74LS390组成，可产生两级等间隔时序信号T1-T4、W1-W3，其中一个W由一轮T1-T4组成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍，而一轮W1-W3可以执行硬连线控制器的一条机器指令。
另外，供数字逻辑实验使用的时钟由MF经一片74LS390分频后产生。
图3.4 时序信号发生器本次实验不涉及硬连线控制器，因此时序发生器中产生W1-W3的部分也可根据需要放到硬连线控制器实验中介绍。
产生时序信号T1-T4的功能集成再图中左边的一片GAL22V10中，另外它还产生节拍信号W1-W3的控制时钟CLK1。
该芯片的逻辑功能用ABEL语言实现。
其源程序如下:MODULE TIMER1TITLE ‘CLOCK GENERATOR T1-T4’CLK = C;“INPUTMF, CLR, QD, DP, TJ, DB PIN 1..6;W3 PIN 7;“OUTPUTT1, T2, T3, T4 PIN 15..18 ISTYPE ‘REG’;CLK1 PIN 14 ISTYPE ‘COM’;QD1, QD2, QDR PIN ISTYPE ‘PEG’;ACT PIN ISTYPE ‘COM’;S = [T1, T2, T3, T4, QD1, QD2, QDR];EQUATIONSQD1 := QD;QD2 := QD1;ACT = QD1 & !QD2;QDR := CLR & QD # CLE & QDR;T1 := CLR & T4 & ACT # CLR & T4 & !(DP # TJ # DB & W3) & QDR;T2 := CLR & T1;T3 := CLR & T2;T4 := !CLR # T3 # T4 & !ACT & (DP # TJ # DB & W3) # !QDR;CLK1 = T1 # !CLR & MF;S.CLK = MF;END节拍电位信号W1-W3只在硬连线控制器中使用，产生W信号的功能集成在右边一片GAL22V10中，用ABEL语言实现。
计算机组成原理课程设计 - 设计一个微程序控制器
第一章设计概述1.1课程设计的目的本课程设计的教学目是在掌握计算机系统的组成及内部工作机制,理解计算机各功能部件工作原理的基础上,深入掌握数据信息流和控制信息流的流动过程,进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念,培养开发和调试计算机的技能,在设计实践中提高应用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。
1.2设计任务和基本要求本课程设计以TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。
1.按给定的数据格式和指令系统,设计一个微程序控制器。
2.设计给定机器指令系统以及微程序流程图,按微指令格式写出微程序的为指令代码。
3.连接逻辑电路完成启动,测试,编程,测试,效验和运行,并观测运行过程及结果。
4.将微程序控制器模块与运算器模块,存储器模块联机,组成一台模型计算机。
5.用微程序控制器控制模型机的数据通路。
6.通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序,掌握机器指令与微指令的关系,建立计算机整机的概念,掌握计算机的控制机制。
7.按指定的应用项目进行汇编指令格式及功能设计,并设计相应的机器指令代码,按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序.在PC机上编辑机器指令和微程序,装载代码到TDN-CM++实验系统并运行,实现应用要求。
第二章规定项目的验证实现2.1规定项目任务和要求：任务：从输入设备输入一个数与内存中地址为0AH存放的数字1相加结果送地址为0BH单元中。
并能从内存中取出到外围设备显示之。
要求：通过此验证实验来学会数据通路电路图的连接、机器指令的设计、微指令设计中相关字段的作用、微程序流程图的设计以及能熟练掌握用微程序控制数据通路来实现机器指令的功能，为以后的实验设计做好准备。
2.2规定项目实现原理：（1）在本设计中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。
计算机从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
计算机组成原理微程序控制器
评语: 课中检查完成的题号及题数：成绩: 自评分:实验报告实验名称：微程序控制器日期：2012.12.31本人信息班级：学号：姓名：同组同学信息班级：学号：姓名：一、实验目的：1. 掌握微程序控制器的组成原理。
2. 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。
3. 可以自行设计一些微程序，更好地掌握微程序控制器及其工作原理。
二、实验内容：1. 对微控器进行读写操作首先对微控器进行编程（写）（1）按图连线；（2）将MC单元编程开关置为“编程”挡，时序单元状态开关置为“单步”挡，ADDR单元状态开关置为“置数”挡；（3）使用ADDR单元的低6位SA5……SA0给出微地址MA5……MA0，微地址可以通过MC单元的MA5……MA0微地址灯显示；（4）CON单元SD27…...SD20，SD17……SD10，SD07……SD00开关上置24位微代码，待写入值由MC单元的M23……M0 24位LED灯显示；（5）启动时序电路（按动一次TS按钮），即将微代码写入到EPROM2816的相应地址对应的单元中；（6）重复（3）（4）（5）3步。
再对微控器进行校验（读）（1）将MC单元编程开关置为“校验”挡，时序单元状态开关置为“单步”挡，ADDR单元状态开关置为“置数”挡；（2）使用ADDR单元的低6位SA5……SA0给出微地址MA5……MA0，相应的地址单元的数据将会被读出，重复本步。
2. 运行微程序。
3. 自行按要求设计微程序，要求编写用微程序实现存储器中两个单字节十六进制数的加法运算，结果输出至OUT单元。
要求：操作数由IN单元R0 MEMMEM R0 ALUALU R0 结果 OUT单元输出三、项目要求及分析：对于该思考题要求操作数由IN单元输入，经过R0存至MEM，再由MEM中经过R0到ALU 进行运算，将运算结果经过R0由OUT单元输出。
可以这样考虑，首先将要输入数据的地址通过IN单元输入至AR中，然后再通过IN单元将要输入的数据通过R0存至MEM中，这样可以将要参与运算的两个数据按其地址存入MEM中，接着可以输入要参与运算的数据的地址来将MEM中的数据通过R0存入ALU 中的两个寄存器中，然后ALU进行加法计算，将结果经由R0输出至OUT单元。
演示文稿计算机组成原理第五章微程序控制器
第三页，共七十二页。
5.4 微程序控制器
5.4.1微程序控制原理
5.4.2微程序设计技术
第四页，共七十二页。
5.4.1微程序控制原理
CPU中的功能部件可以划分为两大类：
控制部件
微命令
微命令
反执行部件
微操作
• (2)由机器指令的操作码字段通过微地址形成部件产生出 该机器指令所对应的微程序的入口地址，并送入微地址寄 存器
第二十六页，共七十二页。
5.4.1微程序控制原理
• (3)从控制存储器中逐条取出对应的微指令并执行之，每条微 指令都能自动产生下一条微指令的地址。
• (4)一条机器指令对应的微程序的最后一条微指令执行完毕 后，其下一条微指令地址又回到取指微程序的人口地址，从 而继续第(1)步，以完成取下条机器指令的公共操作。
可能存在的问题：
• 两位定义了四个微命令00,01,10,11 • 现在需要同时发出，或者说在同一个CPU周期内发出
R1 + R2 + R3
ab
6
做加法：
• a+b+6有进位？ • 是：结果值正确
• 否：结果值减6恢复a+b的真实结果
第三十二页，共七十二页。
5.4.1微程序控制原理
假设在某编程环境下，需要完成BCD两个位加 法运算，代码：b = b + a；
该代码被编译成机器语言后，以汇编语言写出可以 假定是
第三十九页，共七十二页。
第4条微指令：R2-R3->R2
0001
010 001 001 001 00000 00 0000
2.存结果 LDR2
6.R2 -> X
计算机组成原理微程序控制单元实验
计算机组成原理微程序控制单元实验微程序控制单元是计算机系统中的一种控制方式，它通过存储在存储器中的一组微指令序列来完成对计算机操作的控制。
微程序控制的特点是将指令解码操作交给微程序控制器来完成，使得计算机系统更加模块化，易于维护和升级。
在本文中，我们将介绍计算机组成原理微程序控制单元实验相关参考内容，包括实验原理、实验步骤和实验结果分析等。
实验原理微程序控制单元实验的目的是了解微程序控制器的工作原理，熟悉微指令的生成和调用过程。
实验中，我们需要使用一个可编程逻辑器件（如FPGA）来实现微程序控制单元。
具体的实验原理可分为以下几个方面：1.微程序控制单元的基本结构微程序控制单元的基本结构由微程序存储器、微指令计数器、数据线、地址线和状态寄存器等组成。
微程序存储器用于存储微指令序列，微指令计数器用于计数微指令的执行次数，数据线用于传输数据信息，地址线用于传输地址信息，状态寄存器用于存储各个状态的标志位。
2.微指令的生成方式微指令可以通过硬布线方式生成，也可以通过微程序存储器生成。
本实验中，我们将采用微程序存储器生成的方式。
微程序存储器的结构类似于一个ROM，存储着各个微指令的操作码。
通过地址线和控制信号的组合，我们可以选择需要执行的微指令操作。
3.微指令的调用过程在执行一条指令时，首先要将指令解码，得到该指令的操作码和操作数。
接着，通过微控制器的微程序存储器，查找并执行对应的微指令操作。
微指令的执行可能涉及到内存、寄存器、算术逻辑单元等各个部分，最终完成指令的执行。
实验步骤下面是计算机组成原理微程序控制单元实验的具体步骤：步骤一：设计微程序控制器的硬件电路根据FPGA开发板的型号和实验要求，设计微程序控制单元的硬件电路，并且将其烧录到FPGA芯片中。
在设计电路时要考虑到各种指令和相应的微指令，分析指令的执行流程，进而推导出各种情况下微指令的生成方式。
步骤二：编写微指令程序利用软件编写微指令程序，将每条指令拆分成组合微命令的形式，生成微程序。
计算机组成原理微程序控制器部件教学实验
计算机组成原理微程序控制器部件教学实验微程序控制器是由微指令组成的，每个微指令对应一个操作或一个操作序列。
它通过微指令来描述指令的执行过程，包括指令的取指，指令的解码，操作数的获取，以及操作的执行。
微程序控制器的本质是一个状态机，通过不同的状态和状态转移来完成指令的执行，从而实现计算机的功能。
在计算机组成原理的教学实验中，微程序控制器部件是非常重要的一个实验内容。
通过搭建微程序控制器的实验平台，学生可以更好地理解计算机指令的执行过程，加深对计算机硬件的认识。
在微程序控制器部件的教学实验中，可以从以下几个方面展开。
1.搭建实验平台：首先需要搭建一个微程序控制器的实验平台，包括微指令存储器、微指令控制器、状态寄存器等硬件部件。
同时需要编写相应的微指令和微程序，对不同的指令进行模拟执行。
2.模拟指令的执行过程：通过编写微指令和微程序，可以模拟指令的执行过程。
通过手动设置各个硬件部件的状态，可以观察指令的取指、解码、执行等过程。
通过模拟执行不同的指令，可以帮助学生理解指令的执行过程和计算机的工作原理。
3.分析指令的执行效率：在实验中，可以通过不同的指令和微程序，分析指令的执行效率。
比如，可以比较不同指令的执行时间，找出其中的瓶颈和优化方法。
通过实验分析，学生可以深入理解指令的执行原理和计算机硬件的优化方法。
4.扩展实验内容：在熟悉了微程序控制器的基本原理后，可以进一步扩展实验内容。
比如，可以设计一个简单的指令集，编写相应的微指令和微程序，实现更复杂的指令的执行过程。
通过扩展实验内容，可以更好地理解微程序控制器部件的原理和功能。
总之，计算机组成原理微程序控制器部件的教学实验是一门重要的实践课程，通过搭建实验平台和编写微指令和微程序，可以帮助学生更好地理解计算机硬件的工作原理，加深对计算机指令执行过程的认识，提高计算机组成原理的学习效果。
计算机组成原理实验报告_2
计算机组成原理实验报告——微程序控制器实验1.一. 实验目的:2.能看懂教学计算机（TH-union）已经设计好并正常运行的数条基本指令的功能、格式及执行流程。
并可以自己设计几条指令, 并理解其功能, 格式及执行流程, 在教学计算机上实现。
3.深入理解计算机微程序控制器的功能与组成原理4.深入学习计算机各类典型指令的执行流程5.对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念6.学习微程序控制器的设计过程和相关技术二. 实验原理:微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。
其工作原理分为:1.将程序和数据通过输入设备送入存储器；2.启动运行后从存储器中取出程序指令送到控制器去识别, 分析该指令要求什么事；3.控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法）, 将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算, 再把运算结果送回存储器指定的单元中；4、运算任务完成后, 就可以根据指令将结果通过输出设备输出三. 微指令格式:1）微地址形成逻辑TH—UNION 教学机利用器件形成下一条微指令在控制器存储器的地址.下地址的形成由下地址字段及控制字段中的CI3—SCC控制.当为顺序执行时,下地址字段不起作用.下地址为当前微指令地址加1;当为转移指令(CI3—0=0011)时,由控制信号SCC提供转移条件,由下地址字段提供转移地址.2）控制字段控制字段用以向各部件发送控制信号,使各部件能协调工作。
控制字段中各控制信号有如下几类:①对运算器部件为了完成数据运算和传送功能, 微指令向其提供了24位的控制信号, 包括：4位的A、B口地址, 用于选择读写的通用积存器３组３位的控制码I８－I６、I５－I３、I２－I６, 用于选择结果处置方案、运算功能、数据来源。
３组共７位控制信号控制配合的两片GAL20V83位SST, 用于控制记忆的状态标志位2位SCI, 用于控制产生运算器低位的进位输入信号2位SSH, 用于控制产生运算器最高, 最地位（和积存器）移位输入信号②对内存储器I/O和接口部件, 控制器主要向它们提供读写操作用到的全部控制信号, 共3位, 即MRW③对CPU内部总线数据来源的控制, 主要通过3位编码标记为DCD, 来选择把哪一组数据发送到内部总线（IB）上。
计算机组成原理课程设计（中央处理器--微程序控制器设计）
“计算机组成原理”课程设计报告微程序控制器的设计一、设计思路按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
从而可以想到如下指令： （１）24位控制位分别介绍如下：位控制位分别介绍如下： XRD XRD ：： 外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。
定外设读数据。
EMWR EMWR：： 程序存储器EM 写信号。
写信号。
EMRD EMRD：： 程序存储器EM 读信号。
读信号。
PCOE PCOE：： 将程序计数器PC 的值送到地址总线ABUS 上。
上。
EMEN EMEN：： 将程序存储器EM 与数据总线DBUS 接通，由EMWR 和EMRD 决定是将DBUS 数据写到EM 中，还是从EM 读出数据送到DBUS DBUS。
IREN IREN：： 将程序存储器EM 读出的数据打入指令寄存器IR 和微指令计数器uPC uPC。
EINT EINT：： 中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
ELP ELP：： PC 打入允许，与指令寄存器的IR3IR3、、IR2位结合，控制程序跳转。
转。
MAREN MAREN：将数据总线：将数据总线DBUS 上数据打入地址寄存器MAR MAR。
MAROE MAROE：将地址寄存器：将地址寄存器MAR 的值送到地址总线ABUS 上。
上。
OUTEN OUTEN：将数据总线：将数据总线DBUS 上数据送到输出端口寄存器OUT 里。
里。
STEN STEN：： 将数据总线DBUS 上数据存入堆栈寄存器ST 中。
中。
RRD RRD：： 读寄存器组读寄存器组R0-R3R0-R3，寄存器，寄存器R?R?的选择由指令的最低两位决定。
的选择由指令的最低两位决定。
的选择由指令的最低两位决定。
计算机组成原理实验报告-微程序控制器
01
0 0 0 0 0 0 0 1 1
1 1 0
1 1 0
1 1 0
0 0 0 0 1 0
02
0 0 0 0 0 0 0 0 1
1 0 0
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0 0 1
0 0 1 0 0 0
03
0 0 0 0 0 0 0 0 1
1 1 0
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04
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0 0 1 1 1 1
17
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0 0 0
0 1 0 1 0 1
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0 1 0 1 0 0
22
0 0 0 0 0 0 0 0 1
（2）读微指令。
（3）产生微操作命令。
（4）形成下一条微指令地址。
（5）取下一条微指令。…………重复（1）~（4）过程，直到该机器指令送入IR为止。
2、执行阶段Βιβλιοθήκη （1）当指令存入IR后，由指令的OP部分送到微地址形成部件，形成该指令对应的微程序的首地址。
（2）读出微指令。
（3）产生微操作命令。
（4）形成下一条微指令地址。…………重复（1）~（4）过程，直到该机器指令执行完为止。
2、微指令寄存器：微指令寄存器（CMIR）存放由控制存储器读出的一条微指令信息
3、微地址寄存器（CMAR）：存放将要访问的下一条微指令的微地址。
计算机组成原理-微程序控制器的组成与微程序设计实验
计算机组成原理-微程序控制器的组成与微程序设计实验福建农林⼤学计算机与信息学院信息⼯程类实验报告课程名称：计算机组成原理姓名：系：计算机专业：计算机科学与技术年级：09级学号：指导教师：职称：2010年12⽉29⽇实验项⽬列表福建农林⼤学计算机与信息学院信息⼯程类实验报告系：计算机专业：计算机科学与技术年级： 09 姓名：学号：实验课程：实验室号：____509 实验设备号：试验台8 实验时间：指导教师签字：成绩：实验名称微程序控制器的组成与微程序设计实验⼀.实验⽬的1.掌握微程序控制器的组成原理。
2.掌握微程序的编制、写⼊、观察微程序的运⾏。
⼆.实验设备ZYE1603B 计算机组成原理教学实验系统⼀台，排线若⼲。
三.实验原理实验所⽤的时序电路原理可以参考时序实验，由于时序电路的内部线路已经连好（时序电路的CLR已接到实验板中下⽅的CLR清零开关上），所以只需将时序电路与⽅波信号源连接即可。
1.微程序控制电路微程序控制器的组成见图1-16。
其中控制存储器采⽤三⽚2816E2（平⽅）PROM具有掉线保护功能。
微指令寄存器18位，⽤两⽚8D触发器（74LS175）触发器组成，它们带有清“0”断和置“1”端。
在不进⾏判别测试的情况下，T2时刻打⼊微地址寄存器的内容极为下⼀条微指令地址。
当T4时刻进⾏判别测试时，转移逻辑满⾜条件后输⼊的负脉冲通过强制端将某⼀触发器设置为“1”状态，完成地址修改。
在该实验电路中，控制台但愿有⼀个编程开关SP06，它具有两种状态：WRITE（编程）、READ（校验）、RUN（运⾏）。
当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令⼆进制代码写⼊到控制存储器2816中。
当处于“校验状态”时，可以对写⼊控制存储器中的⼆进制代码进⾏验证，从⽽可以判断写⼊的⼆进制代码是否正确。
当处于“运⾏状态”时，只要给出微程序的⼊⼝微地址，则可根据微程序流程图⾃动执⾏微程序。
图中微地址寄存器输出端增加了⼀组⼆态门74LS245，⽬的是隔离触发器的输出，增加抗⼲扰能⼒，并⽤来驱动微地址显⽰灯。
计算机组成原理微程序控制器实验报告
计算机组成原理实验报告三：微程序控制器实验2011-05-06 01:00:09|分类：实验报告| 标签：实验微程序字段微指令信号|字号大中小订阅实验三：微程序控制器实验一、实验目的与要求：实验目的：1、掌握时序产生器的原理和具体操作。
2、掌握微程序控制器的功能、组成知识。
3、掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程。
要求：做好实验预习，掌握进位控制运算器的原理。
实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体分析内容，否则实验效率会特别低，一次实验时间根本无法完成实验任务，即使基本做对了，也很难说学懂了些什么重要教学内容。
二、实验方案：【1】、连接好实验线路，检查无误后接通电源。
【2】、编程：（1）将编程开关（MJ20）置为PROM（编程）状态；（2）将STATE UNIT中的STEP置为"STEP"状态，STOP置为"RUN"状态；（3）在UA5-UA0开关上置要写的某个微地址（八进制）；（4）在MK24-MK1开关上置要写的微地址相应的24位微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为"1"灯亮，为"0"灯灭；（5）启动时序电路（按动启动按钮START），即将微代码写入到E2PROM2816的相应地址对应的单元中；（6）重复（3）～（5）步骤将每一条微指令写入E2PROM2816。
【3】、校验：(1)将编程开关置为READ状态；（2）将STEP开关置为"STEP"状态，STOP开关置为"RUN"状态；（3）在开关UA5~UA0上置好要读的某个微地址；（4）按动START键，启动时序电路，观察显示灯MD24-MD1的状态，检查读出的微代码是否已写入的相同。
如果不同在将开关置于PROM编程状态，重新执行编程步骤；（5）重复（3）、（4）步骤将每一条微指令从E2PROM2816中读出。
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微地址形成表：
SC=0010 按操作码分支（4路）
表内单元地址 （断定依据）： 单元内容 （微地址）
MOV
03H 取源数、目的地
双
0CH 取源数、目的数
3） 微程序事先存放在控制存储器中，执行机 器指令时再取出。
引入了程序技术，使设计规整； 优点
引入了存储逻辑，使功能易于扩展。
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2
2. 逻辑组成（框图）
IR PSW PC
微地址 形成电路
微地址寄存器 µAR
微命令序列
译码器 微命令字段 微地址字段 µIR
（1）一级功能转移 各操作码的位置、位数固定，一次转换成功。 入口地址=页号，操作码
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例. 机器指令1
0F(8位)
入口地址=000FH 0页
机器指令2
10(8位)
入口地址=0010H
CM
000F 无条件转 微地址1 0010 无条件转 微地址2
微地址字段：
(顺序控制字段) 提供微地址的给定部分。
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2. 逻辑组成（续）
（3）微地址形成电路
功能： 提供两类微地址。 微程序入口地址：由机器指令操作码形成。 后续微地址：由微地址字段、现行微地 址、运行状态等形成。
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微指令中通常只有个别位采用直接控制法。
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（2）分段直接编译法 微命令由字段编码直接给出。
例.对加法器输入端进行控制。
微指令中设置AI字段，控制 加法器的输入选择。
加法器
A
B
3
AI 000 不发命令
R、C R、C D、E D、F
001 R A
入控制 出控制 型控制 I/O控
作
制
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2.编码方法
（1）直接控制法 微命令按位给出。
例. 某微指令 1
C0
C0= 0 进位初值为0
1 进位初值为1
1
R
R=
0 不读 1读
1
W
W=
0 不写 1写
不需译码，产生微命令的速度快； 信息的表示效率低。
时钟周期 微指令周期
P
微指令 打入 µIR
控制数 据通路 操作
结果打 入目的 地， 后续微
读取后续 微指令
地址打
入 µAR
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3.6.4 模型机微程序设计
1.时序系统 同步控制，用统一微指令周期控制各条微指令执行。
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分类转移
给定入口高4位 功
无条件转 1000
能 转
移 分类转移
加法地址 加法微程序
功
能
1000000001 无条件转 加法地址 1000000010 无条件转 减法地址
转 移
1000011100 无条件转 求补地址
（3）用可编程逻辑阵列PLA实现功能转移
PLA
入口地址 1 入口地址 2
IR
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2.微指令格式
按数据通路各段操作划分字段，同类操作中互斥的微命令 放同一字段。
（1）格式
3 3 5 22 3
1 112 4
AI BI SM C0 S ZO EMAR R W ST SC
数据通路操作
访存操作
顺序控制
（2）各字段功能
辅助操作
1）数据通路操作 AI： A输入选择
R0～R3、SP、PC
IR 操作码
微地址形 入口 成电路
µAR
CM 首条微指令 µIR
微命令序列
IR PSW
微地址 形成电路
译码器 微命令字段 微地址字段 µIR
取指微指令
PC
微地址寄存器
控制存储器
µAR 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2010秋季学期
CM
7
（3）执行首条微指令
µIR 微命令字段 译码器 微命令 操作部件
000 无输入
001 Ri A 010 C A
011 D A 100 PC A
3 3 5 22 3
1 112 4
AI BI SM C0 S ZO EMAR R W ST SC
BI： B输入选择 SM： ALU功能选择
000 无输入
001 Ri B 010 C B
S3S2S1S0M
R0～R3、PSW
（2）实现分支
将同类断定依据所对应的微地址放在相应的微地址形成表中， 用SC字段选取。（见教材P161～P163）
SC=0000 SC=0001 SC=0111 SC=1000
顺序执行
现行微地址+1
无条件转
现行微指令给出转移微地址
转微子程序 现行微指令给出微子程序入口
返回微主程序 从寄存器取返回微地址
微命令分组原则：
010 C 011 D
A B
？
同类操作中互斥的 微命令放同一字段。
100 F B
…
不能同时出现
加法器A输入端的控制命令放 AI字段，B输入端的控制命令 放BI字段。
33
AI BI
AI：000 001 010 011 100
不发命令 RA CA DA EA
BI：000 001
010
011
24
2.后续微地址的形成
（1）增量方式 以顺序执行为主，辅以各种常规转移方式。
顺序：现行微地址+1。 跳步：现行微地址+2。 无条件转移：现行微指令给出转移微地址。 条件转移：现行微指令给出转移微地址和转移条件。 转微子程序：现行微指令给出微子程序入口。 返回微主程序：现行微指令给出寄存器号。
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IR PSWW
微地址 形成电路
译码器 微命令字段 微地址字段 µIR
PC
微地址寄存器
控制存储器
µAR
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CM
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3.工作过程（续）
（5）执行后续微指令 同（3）
（6）返回
微程序执行完，返回CM
(存放取指微指令 的固定单元)。
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编码，D给定高7 位；
8路分支
11 微地址低3位为机器指令目的寻址方式
编码，D给定高7位。
8路分支
例2. 设微地址10位，4个状态触发器T1～T4， 微程序可按它们的状态转移。
微指令
D(8位) A(2位) B(2位)
A 低位地址 给定
条件
00 0
D
A B 后10 00 01 0000101001
译码器
R1
译码器
001
A门
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RA
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（4）其他编码方法
2) 微地址参与解释 例. 微地址
004 011
微指令 取指标志 变址标志
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3. 微地址形成方式
1.微程序入口地址的形成 指令操作码 功能转移 微程序入口
25
顺序：现行微地址+1。 跳步：现行微地址+2。
无条件转移：现行微指令 给出转移微地址。
CM
A 转移条件 CDB A+1 (条件不满足) A+2
条件转移：现行微指令给 出转移微地址和转移条件。 B
转微子程序：现行微指令
C
给出微子程序入口。
D
返回微主程序：现行微指
令给出寄存器号。
R A+1
(条件满足)
高两位为00，即双操作数指令类型标志； 单操作数指令的操作码占6位，其中
高两位为01，即单操作数指令类型标志。
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加法指令
0001(4位)
减法指令
0010(4位)
求补指令
011100(6位)
CM (1K)
给定入口高6位
无条件转 100000
011 D B 100 MDR B
C0： 初始进位选择
S： 移位选择 ZO： 结果分配
R0～R3、SP、PC、PSW 001 CPRi
2）访存操作
EMAR、R、W
3）辅助操作
00 无操作 01 开中断
10 关中断 11 SIR
3 3 5 22 3
1 112 4
AI BI SM C0 S ZO EMAR R W ST SC
10
3.6.2 微指令编码方式与微地址的形成方式
1.格式分类
（1）垂直型微指令 一条微指令定义并执行一种基本操作。 优点：微指令短、简单、规整，便于编写微程序。 缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。
（2）水平型微指令
一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。
优点：微程序短，执行速度快。
缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。
控制存储器 CM
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