膁实验三微程序控制器实验二.薅实验目的与要求芄实验目的1.2.薃理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；3.4.虿掌握微程序控制器的功能，组成知识；5.6.薈掌握微指令格式和各字段功能；7.8.莄掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习根本指令的执行流程。蚀实验要求 1.2.莁实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过的控制信号的作用；3.4.莇按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并测出所用的脉冲周期。按练习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。四.蒄实验方案肁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。1.2.肃练习一用联机软件的逻辑示波器观测时序信号，测量，TS1,TS2,TS3,TS4信号的莀方法如下螈ITATEUNIT中STOP开关置为“ RUN状态向上拨，STEP开关置为“ C状态向上拨。螆 将SWITCHUNI冲右下角CLR开关置为“ 1 向上拨。螅按动“ START按钮，即可产生连续脉冲。莃 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。袈5探头一端接实验仪左上角的CH1另一端接STATEUNIT中的插座，即可测出时钟的波形。腿6探头一端接实验仪左上角的CH2另一端接STATEUNIT中的TS1插座，即可测出 TS1的波形；节7探头一端接实验仪左上角的CH1另一端接STATEUNIT中的TS2插座，即可测出 TS2的波形。膂8将红色探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS3插座，即可测出 TS3的波形。羈9将红色探头一端接实验仪左上角的CH1,另一端接STATEUNIT中的TS4插座，即可测出 TS4的波形。3.4.薇观察微程序控制器的工作原理 羄关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线；2 羀编程写入 E2PROM2816A.B.肇将编程开关MJ20置为PRO编程状态；C.C.蚄将实验板上STATEUNIT中的 STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，SWITCHUNIT中 CLR开关置为1 状态；E.D.蒂在右上角的SWITCHUNI中 UA5-UA0开关上置表3.2中某个要写的微地址；G.E.虿在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；I.F.膈启动时序电路，即将微代码写入到WPROM2816勺相应地址对应的单元中；K.G.肅重复C-E步骤，将表 3.2的每一行写入 WPROM2816 膄校验A.B.螂将编程开关置为 READ校验状态；C.C.腿保持STEP,STOP,CLF开关状态不变，将实验板上STATEUNIT中的 STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，SWITCHUNIT中 CLR开关置为1状态；E.D.蒆在开关UA5-UA0上按表3.2置好要读的某个微地址；G.E.薂按动START键，启动时序电路，就能读出微代码，观察显示灯MD24-MD的状态，检查读出的微代码是否与已经写入的相同，假设不同，将开关置于PROM编程状态，重新执行；I.F.蒁重复C-D步骤，将表 3.2的每一行从 E2PROM281读出来。芇练习二 步运行五条机器指令。1、2、袇将编程开关置于“ RUN状态；3、4、莄实验仪的“ STEP及 STOP开关保持原状，即STEP置为“ STEP状态，STOP置为 RUN状态，“ SWITCHUNIT中CLR开关置为1状态；5、6、芀实验仪的“ SW-BUS置为0,左下方开关 D5-D0置为“ 111111，D7和D6开关任意，置0或者1都可以7、8、莇将清零开关CLR从高拔到低，再从低拔到高，即将开关CLR置 1 0 t 1，可以发现后续微地址 UA5-UA 0灯变为000000,000000是微指令运行启始地址；9、10、芈接着按动一下“ START键，UA5-UA0灯会变为010000,这是在读00 八进制条微指令，给出了下 一条要读的微指令是 10 八进制；11、12、螂在UA5-UA0灯变为010000时，可通过实验仪左下方开关D7-D0人为强置设置分支地址，将D5-D0置“ 111111T“111100 “111111，可以发现 UA5-UA0灯从010000变为010011，这表示下一个要读的微指令从010000修改为了 010011 ；13、14、芇在UA5-UA0灯为010011时，也就是23八进制时，对微程序流程图，按动一下“ START键，UA5-UA0灯会变为000001，也就是01 八进制，表示读出了 23条微指令，给出了下一条要读的是01条微指令；15、16、莂在UA5-UA0灯为000001时，按动一下START键，UA5-UA0灯会变为000010,表示读出了 01条微指令，下一条要读出的是 02条微指令；17、18、荿接着按动一下 STRATO键，读出02条微指令时，UA5-UA0灯显示为001000时，在当前条件下，可通 过强置端SE1-SE6相接的D5-D0人为强置修改分支地址；19、20、莈执行完每个指令的最后一条微指令后，都会回到01微指令，这样才表示执行完了一条指令，同时也表示可以执行新的指令了；21、22、羆按照上述方法，把所有分支都执行一遍。五.五.蒂实验结果和数据处理螀测量并画出时钟和时序信号波形，比较它们的相互关系。膀波形图螅CPU周期薂賺TS1薈TS2薄TS3蚁 TS4 薂时钟脉冲与 TS1、TS2、TS3 TS4脉冲的波形，比较时钟脉冲与 TS1、TS2 TS3 TS4脉冲的相互关系时 钟脉冲的一个 CPU周期的时间，是 TS1、TS2、TS3 TS4脉冲的时间之和，即节拍脉冲把一个 CPU周期划分成 几个较小的时间间隔。七.六.芀实验结果分析 薇分析ADD的每条微指令的指令格式和功能螁1PCAR;PC1指令格式虿微地址螈 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8莆A袁B肀C蒀UA5.UA0肅11膅000000011蒁110羇110膈110芅000011袂功能根据ABC字段发出的信号，WEO,读取内存内容，将PC的内容送到地址存放器中 AR程序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。虿2 RA/RBUS;BUSAR指令格式羆微地址莅 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8节A肇B蚅C蒅UA5.UA0荿03蝿 000000001蒄110蒅000袀000芇000100蒇功能根据微地址 03,RAM进行读操作，发出存数控制信号，把RAM的内容送到总线薄上，再送到地址存放器 AR中，程序计数器加1,做好取下一条机器指令的准备。芁3 RARBUS,BUSDR2指令格式罿微地址芆 S3S2S1S0 MCNWEA9 A8蚄A蚂B蒇C肅UA5.UA0螄04蝿000000001腿011螄000袄000000101功能根据微地址 04,RAM进行读操作，发出 LDDR2信号，把RAM的内容送到数据总线上，再送到DR2存放器中，程序计数器加 1,做好取下一条机器指令的准备。4 R0r DR1指令格式微地址S3S2S1S0 MCNWEA9 A8ABCUA5.UA005000000011010001000000110功能根据微地址 05,发出RS-B信号，把存放器 R0中的内容送到 DR1存放器中，程序计数器加 1,做好取 下一条机器指令的准备。5DR1DRr R0指令格式微地址S3S2S1S0 MCNWEA9 A8ABCUA5.UA006001101000000001功能根据微地址 06,发出ALU-B信号，把DR1和DR2相加，结果放 R0存放器中，回到01微指令。
九.写出掌握了的控制信号的作用WE控制信号的功能 WE是存储器RAM的写命令信号，WE1时，RAM进行写操作，WE0时，RAM进行读 操作。当STEP开关为0时态，一旦按下启动键，运行触发器Cr 一直处于1状态，因此时序TS1-TS4将周而复 始地发送出去；当 STEP为1时，一旦按下启动键，机器便处于单步运行状态，即此次只读一条指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信号共同起到选择ALU进行哪种运算。LOAD是 PC加 1信号，P1-P4是四个测试判别信号，其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序输入相应的微地址入口，从而实验微程序的顺序，分支，循环运行。LDRi控制信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作存放器.R0,R1及R2的选择存入译码。RS-B,RD-B,RI-B 分别为源存放器选通输出信号，目的存放器选通输出信号及变址存放器选通输出信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作存放器 R0,R1,R2 的选通输出译码。六.结论根据实验操作步骤，所得的实验结果与理论值一致。七.问题与讨论练习二的实验里在执行 ADD指令时，在分支处强置修改分支地址，并且以后每次都强置修改，运行完 以后，发现结果是错误的，检查步骤，与同学讨论，分析原因，原来是当微程序不产生分支时，后继 微地址直接由微指令的顺序控制字段给出。
当微程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移，这时，可通过 SE6-SE1 强制端去修改微地址存放器的内容，并按改好的内容读出下一条微指令，然后继续往 下执行。八.实验总结心得体会 通过该实验让我较好地掌握了微程序控制器的功能，组成知识，微指令格式和各字段功能，微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习根本指令的执行流程，遇到问题，可以通过实验，分 析，讨论，请教老师解决问题，根本到达学习的目的。问题分析在实验过程中遇到问题时，首先检查线路是否连接准确，然后再查看步骤，有无漏做或做 错的步骤，分析可能出错的原因，与同学讨论，假设仍无法解决，就请教老师，请指导老师查看指正。九.思考题本次实验共设计了几条指令分别是什么指令答本次实验共设计了五条指令，分别是IN输入，ADD二进制加法，STA存数，OUT输出，JMP无条件转移 。S3,S2,S1,S0,M,Cn 控制信号共同起到什么作用答S3,S2,S1,S0,M,Cn控制信号共同起到选择 ALU进行哪种运算。写出WE制信号的功能。答WE制信号的功能 WE是存储器RAM勺写命令信号，WE1时，RAM进行写操作，WE0寸，RAM进行读 操作。答A字段中，主要是存放器的打入信号，B字段中主要是存放器的输出信号，C字段中，主要是测试信号。UA5-UA0是当前微地址还是后继微地址答UA5-UA0是当前后继微地址。“100101 代表什么运算 A字段“ 001 和B字段“ 101 分别选中哪个控制信号，信号的功能分别 是什么 06微指令中UA5-UA0中“ 000001 代表什么含义答06微指令功能是将 DR1存放器中的内容和 DR2存放器中的内容相加，结果放R0存放器中；06微指令S3,S2,S1,S0,M,Cn的值为“ 100101 代表A加B运算；A字段“ 001是选中LDRi控制信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作存放器.R0,R1及R2的选择存入译码，而LDRi在本实验中即为LDR0，表示对存放器R0的选择存入；B字段“101选中ALU-B控制信号，ALU-B是输出三态门的控制端，控制运算器的运算结果是否送到数据 总线BUS上;06微指令中UA5-UA0中“ 000001 代表后续微地址 01。