计算机原理实验
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成绩：计算机原理实验室实验报告
课程：计算机组成原理
姓名：*********
专业：软工程
学号：********
日期：2016年06月
太原工业学院
计算机工程系
实验五：微程序设计实验
实验环境PC机＋Win8＋proteus仿真器实验日期2017.06.12 一．实验内容
1.基本要求
(1)理解微程序执行过程
(2)设计并实现指令的微程序，给出微程序存储器存储镜像
2.扩展要求
(1)分析取指过程与微地址的关系
3.思考内容
思考等周期与不等周期指令系统的微程序异同
二．理论分析或算法分析
部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU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。
根据以上要求设计数据通路框图，如实验电路图所示。系统涉及到的微程序流程见程序流程图，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前3位(IR7~IR5)作为测试条件，出现8路分支，占用8个固定微地址单元。
当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，“二进制微代码表”为微程序流程图按微指令格式转化而成。
下面介绍指令寄存器(IR)：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到BUS总线上，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P(1)，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“B7指令寄存器”根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。
本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备(INPUT DEVICE)；另一种是LED块，它作为输出设备(OUTPUT DEVICE)。
基本模型机微指令表
三．实现方法
1.基本模型机数据通路框图：
2. 基本模型机微程序流程图
按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换成十六进制格式文件。
A字段
4. 微操作的节拍安排：
1）取指周期微操作节拍安排：
T0：PC->AR，PC+1；
T1：RAM->BUS,BUS->IR；
T2：SW->PC；
2）间指即取数周期微操作节拍安排：
T0：
T1：
T2：SW->R0；
3）执行周期微操作节拍安排
①执行存数指令STA [addr],R0 微操作节拍安排：
T0：PC->AR，PC+1；
T1：RAM->BUS,BUS->AR；
T2：R0->BUS,BUS->RAM；
②执行无条件转移指令JMP addr 微操作节拍安排：
T0：PC->AR，PC+1；
T1：RAM->BUS,BUS->PC；
T2：
四．实验结果分析
1.基本要求：理解微程序执行过程，设计并实现指令的微程序，给出微程序存储器存储镜像
取指周期微操作
间址即取数周期微操作
执行存数指令STA [addr],R0 微操作
执行无条件转移指令JMP addr 微操作
1.输入（IN）
取指和取数时：PC->bus；CBA为1；LDAR和LDPC置1；UA1置1。
01 0 0 1 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
00 0 1 1 0 0 0 0 0 60 0 1 0 0 0 0 0 0
40 PC->AE,PC+1
CE片选打LDIR开，置1；LDIR置1；UA3置1。
02 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 8
0 0 0 0 1 0 0 0 0 10 0 0 0 1 0 0 1 0 1
2
P（1）执行微地址跳转。
执行时：
UA0和SW-B置1。
09 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 02 1 0 0 0 0 0 0 1 8
1
2.跳转（STA）
取指和取数与上述操作一样。
执行时：PC->BUS，CBA为001；LDAR和LDPC置1；UA2置1。
03 0 0 1 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
00 1 1 1 0 0 0 0 0 60 1 1 1 0 0 0 0 0
EO PC->AR,PC+1
CE片选打开，置1；UA1，UA2，UA4置1。
07 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0
80 0 1 0 0 0 0 0 0 40 0 1 1 0 1 0 0 0
68 RAM->AE
思考题:思考等周期与不等周期指令系统的微程序异同
答: 相同点：都是实现指令所指定的功能；
不同点：执行的时间长短不一样。
五．结论
完成了本次实验要求的基本要求通过本次试验我掌握了微程序控制器的原理，同时也掌握了微程序的编制、写入，观察微程序的运行，学习了指令的执行流程，理解了微程序执行过程，设计并实现指令的微程序，给出微程序存储器存储镜像，简单分析了取指过程与微地址的关系。理解了计算机内部一条简单的微指令运行原理并且验证了其实验电路图的正确性。学会了如何设计简单的组合逻辑控制单元，如何安排节拍。