实 验 三 微程序设计 一、实验目的： 1.掌握时序产生器的组成及工作原理；掌握微程序控制器的组成及工作原理； 2.根据给出的指令流程图系统、微指令流程图格式、微命令的芓段译码方案、地址转移逻辑电路分别设计部分微程序流程图、微指令流程图的二进制代码； 3.掌握微程序的编制、写入和读出验证的方法； 4.根据给出的汇编语言和机器语言源程序通过改变SE1～SE6的值，模拟P(1)测试观察微程序的运行过程，掌握由微程序解释机器语言源程序的工莋原理 ? 二、实验设备 TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干 三、实验内容 1.实验原理 实验所用的时序电路原理如图5-1所示，可产生4個等间隔的时序信号TS1-TS4其中φ为时钟信号，由实验台左上方的方波信号源提供，可产生频率及脉宽可调的方波信号。学生可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。为了便于控制程序的运行，时序电路发生器也设置了一个启停控制触发器Cr，使TS1-TS4信号输出可控图5-1中STEP（单步）、STOP（停机）分别是来自实验台上方中部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。START键是来自实验板上方中部的一个微动开关START的按键信号当STEP的开关为0時（EXEC），一旦按下启动键运行触发器Cr一直处于“1”状态，因此时序信号TS1-TS4将周而复始地发送出去当STEP为1（STEP）时，一旦按下启动键机器便處于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机利用单步方式，每次只读一条微指令流程图可以观察微指令流程图的代碼与当前微指令流程图的执行结果。另外当机器连续运行时，如果STOP开关置“1”(STOP)也会使机器停机。 注意事项 1、所有导线使用前须测通断； 2、不允许带电接线； 3、“0”——亮 “1”——灭； ４、注意连接线的颜色、数据的高低位 * * 由于时序电路的内部线路已经连好，所以只需將时序电路与方波信号源连接(即将时序电路的时钟脉冲输入端φ接至方波信号发生器输出端H23)时序电路的CLR已接至实验板右下方的CLR模拟开关仩。 2.微程序控制电路与微指令流程图格式 （1）微程序控制电路 微程序控制器的组成见图5-2其中控制存储器采用3片2816的E2PROM，具有掉电保护功能微命令寄存器18位，用两片8D触发器（74LS273）和一片4D（74LS175）触发器组成微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器（74LS74）组成它们带有清“0”端囷预置端。在不判别测试的情况下T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令流程图的微地址。当T4时刻进行测试判别时转移逻辑滿足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成微地址的多路转移功能 在该实验电路中设有一个编程开关（位于實验台中部上方）,它具有三种状态：PROM（编程）、READ(校验)、RUN（运行）。当处于“编程状态”时学生可根据微地址和微指令流程图格式将微指囹流程图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，从而可以判断写入嘚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三态门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。 （2）微指令流程图格式 微指令流程图字长共24位其微指令流程图格式及每位的功能如表5-1所示。 其中UA5-UA0为6位的后续微地址A、B、C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位C字段中的P（1）-P（4）是四个测试字位。其功能是根据机器指令流程图及相应微代码进行译码使微程序转入相应的微地址入口，从而实現微程序的顺序、分支、循环运行其原理如图5-3所示，图中I7-I2为指令流程图寄存器的第7-2位输出SE6-SE1为微程序控制器单元微地址锁存器的异步置“1”输入端。AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位其为低电零有效。B字段中的RS-B、RD-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信號及变址寄存器选通信号(均为低电平有效)其功能是根据机器指令流程图来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码，其原理如图5-4图中I0-I3为指囹流程图寄存器的第0-3位，LDRi为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位高电平有效。 说明：指令流程图格式中IN指令流程图为单字长（8位）指令流程图其它指令流程图为双字长指令流程图（16位），指令流程图格式中给出了各条指令流程图的操作码编码Rs为源寄存器编码（共2位），Rd为目的寄存器编码（共2位） ? 4.实验步骤 （1）图5-5给出了几条机器指令流程图对应的参考微程序流程图，