微程序控制器模型机的设计与分析Word文档格式.docx

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微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器（74）组成，它们带有清“0”端和预置端。

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地址。

当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满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，完成地址修改。

在实验平台中设有一组编程控制开关KK3、KK4、KK5（位于时序与操作台单元），可实现

对存储器（包括存储器和控制存储器）的三种操作：

编程、校验、运行。

考虑到对于存储器（包

括存储器和控制存储器）的操作大多集中在一个地址连续的存储空间中，实验平台提供了便利

的手动操作方式。

以向00H单元中写入332211为例，对于控制存储器进行编辑的具体操作步骤

如下：

首先将KK1拨至‘停止’档、KK3拨至‘编程’档、KK4拨至‘控存’档、KK5拨至

‘置数’档，由CON单元的SD05——SD00开关给出需要编辑的控存单元首地址（000000），

IN单元开关给出该控存单元数据的低8位（00010001），连续两次按动时序与操作台单元的开关

ST（第一次按动后MC单元低8位显示该单元以前存储的数据，第二次按动后显示当前改动的

数据），此时MC单元的指示灯MA5——MA0显示当前地址（000000），M7——M0显示当前数

据（00010001）。

然后将KK5拨至‘加1’档，IN单元开关给出该控存单元数据的中8位（00100010），

连续两次按动开关ST，完成对该控存单元中8位数据的修改，此时MC单元的指示灯MA5—

—MA0显示当前地址（000000），M15——M8显示当前数据（00100010）；

再由IN单元开关给

出该控存单元数据的高8位（00110011），连续两次按动开关ST，完成对该控存单元高8位数

据的修改此时MC单元的指示灯MA5——MA0显示当前地址（000000），M23——M16显示当

前数据（00110011）。

此时被编辑的控存单元地址会自动加1（01H），由IN单元开关依次给出

该控存单元数据的低8位、中8位和高8位配合每次开关ST的两次按动，即可完成对后续单元

的编辑。

编辑完成后需进行校验，以确保编辑的正确。

以校验00H单元为例，对于控制存储器进行校验的具体操作步骤如下：

首先将KK1拨至‘停止’档、KK3拨至‘校验’档、KK4拨至‘控存’档、KK5拨至‘置数’档。

由CON单元的SD05——SD00开关给出需要校验的控存单元地址（000000），连续两次按动开关ST，MC单元指示灯M7——M0显示该单元低8位数据（00010001）；

KK5拨至‘加1’档，再连续两次按动开关ST，MC单元指示灯M15——M8显示该单元中8位数据（00100010）；

再连续两次按动开关ST，MC单元指示灯M23——M16显示该单元高8位数据（00110011）。

再连续两次按动开关ST，地址加1，MC单元指示灯M7——M0显示01H单元低8位数据。

如校验的微指令出错，则返回输入操作，修改该单元的数据后再进行校验，直至确认输入的微代码全部准确无误为止，完成对微指令的输入。

位于实验平台MC单元左上角一列三个指示灯MC2、MC1、MC0用来指示当前操作的微程序字段，分别对应M23——M16、M15——M8、M7——M0。

实验平台提供了比较灵活的手动操作方式，比如在上述操作中在对地址置数后将开关KK4拨至‘减1’档，则每次随着开关ST的两次拨动操作，字节数依次从高8位到低8位递减，减至低8位后，再按动两次开关ST，微地址会自动减一，继续对下一个单元的操作。

微指令字长共24位，控制位顺序如表3-2-1：

其中MA5…MA0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>

为测试字位。

其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现完成对指令的识别，并实现微程序的分支，本系统上的指令译码原理如图3-2-3所示，图中I7…I2为指令寄存器的第7…2位输出，SE5…SE0为微控器单元微地址锁存器的强置端输出，指令译码逻辑在IR单元的INS_DEC（GAL20V8）中实现。

从图3-2-2中也可以看出，微控器产生的控制信号比表3-2-1中的要多，这是因为实验的不同，所需的控制信号也不一样，本实验只用了部分的控制信号。

本实验除了用到指令寄存器（IR）和通用寄存器R0外，还要用到IN和OUT单元，从微控器出来的信号中只有IOM、WR和RD三个信号，所以对这两个单元的读写信号还应先经过译码，其译码原理如图3-2-4所示。

IR单元的原理图如图3-2-5所示，R0单元原理如图3-2-7所示，IN单元的原理图见图2-1-3所示，OUT单元的原理图见图3-2-6所示。

本实验安排了四条机器指令，分别为ADD（00000000）、IN（00100000）、OUT（00110000）

和HLT（01010000），括号中为各指令的二进制代码，指令格式如下：

助记符机器指令码说明

IN00100000INR0

ADD00000000R0+R0R0

OUT00110000R0OUT

HLT01010000停机

实验中机器指令由CON单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微程序控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，见图3-2-8所示。

几条机器指令对应的参考微程序流程图如图3-2-9所示。

图中一个矩形方框表示一条微指令，方框中的内容为该指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数字是该条指令的后续微地址，所有微地址均用16进制表示。

向下的箭头指出了下一条要执行的指令。

P<

为测试字，根据条件使微程序产生分支。

将全部微程序按微指令格式变成二进制微代码，可得到表3-2-2的二进制代码表。

4实验步骤及流程图和解释

1.按图3-2-10所示连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。

如果有‘滴’报警声，说明总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。

实验平台单元的连接图

2.对微控器进行读写操作，分两种情况：

手动读写和联机读写。

这里我采用联机读写方式。

2）联机读写

（1）将微程序写入文件

联机软件提供了微程序下载功能，以代替手动读写微控器，但微程序得以指定的格式写入到以TXT为后缀的文件中，微程序的格式如下：

如$M1F112233，表示微指令的地址为1FH，微指令值为11H（高）、22H（中）、33H（低），本次实验的微程序如下，其中分号‘；

’为注释符，分号后面的内容在下载时将被忽略掉。

（2）写入微程序

用联机软件的“【转储】—【装载】”功能将该格式（*.TXT）文件装载入实验系统。

装入过程中，在软件的输出区的‘结果’栏会显示装载信息，如当前正在装载的是机器指令还是微指令，还剩多少条指令等。

（3）校验微程序

选择联机软件的“【转储】—【刷新指令区】”可以读出下位机所有的机器指令和微指令，并在指令区显示。

检查微控器相应地址单元的数据是否和表3-2-2中的十六进制数据相同，如果不同，则说明写入操作失败，应重新写入，可以通过联机软件单独修改某个单元的微指令，先用鼠标左键单击指令区的‘微存’TAB按钮，然后再单击需修改单元的数据，此时该单元变为编辑框，输入6位数据并回车，编辑框消失，并以红色显示写入的数据。

3.运行微程序

运行时也分两种情况：

本机运行和联机运行。

我也采用联机运行方式。

2）联机运行

联机运行时，进入软件界面，在菜单上选择【实验】－【微控器实验】，打开本实验的数据通路图，也可以通过工具栏上的下拉框打开数据通路图，数据通路图如图3-2-8所示。

将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为‘运行’档，按动CON单元的总清开关后，按动软件中单节拍按钮，当后续微地址（通路图中的MAR）为000001时，置CON单元SD27…SD20，产生相应的机器指令，该指令将会在下个T3被打入指令寄存器（IR），在后面的节拍中将执行这条机器指令。

仔细观察每条机器指令的执行过程，体会后续微地址被强置转换的过程，这是计算机识别和执行指令的根基。

也可以打开微程序流程图，跟踪显示每条机器指令的执行过程。

按本机运行的顺序给出数据和指令，观查最后的运算结果是否正确。

下面是程序流程图和解释：

这是上述步骤做完的系统可以正常开始运行的初始流程图。

这里的IR是指令寄存器。

1.我把03作为初始数据作输入运算。

00100000为输入语句。

IR送入00，指令译码器译成01，执行01代码，控制存储器送入007070，MAR送入30。

IR送入20，此时不译码。

根据p<

I>

将执行32，执行In操作，将007070送到MCR，并将183101送到控制存储器，NMA变为01。

MAR转为01,准备回到初始状态01，NMA为30,接下来准备执行相加，此时执行IN->

RO.此时门IOR#=LDR0=1。

上述3图执行了把输入的03送入到通用寄存器Ro的步骤。

准备执行下一周期。

2.下面开始相加步骤。

相加指令为00000000.

根据输入的指令，MAR被译码成30，执行相加指令。

然后NMA为04，准备执行RO->

A.控制存储器存入001404。

执行RO->

A，MAR此时为04，NMA为05，控制存储器存入002405，准备执行

RO->

B.此时门RO_B#=T4=LDA=1。

NMA为01，准备再次回到初始状态,控制存储器存入04B201，执行RO->

B,并准备执行A+B->

RO.

此时门RO_B#=T4=LDB=1。

执行A+B->

RO，此时RO为06，，MAR为01，NMA为30.此时s1,s2,s3,s4为相加操作代码，门ALU_B#=LDR0=1.

3.做输出运算。

此时输入的指令为00110000，根据输入的指令将执行输出操作。

IR为30，根据P<

的结果，MAR为33，控制存储器存入280401，NMA为01，准备将RO输出。

将RO输出至OUT，MAR为01，NMA为30，又准备回到初始状态。

此时门Ro_B#=low#=1.

4.执行停机操作。

输入指令为01010000

与前面步骤类似。

在MAR=30后，根据P<

NMA将转为35，然后执行停机操作。

5课程设计总结

1.通过了此次的实验，我已经对整机概念有了一个初步的了解，对微程序控制器的运行有了更深入的探究，并通过实验使课程所学的知识有了一个更深的印象，并把这些知识付诸以实践。

2.通过这次实验我还意识到了团队协作的优势，同学间的互相帮助不仅加快了实验的完成速度，还加深了同学间的友谊。

指导教师签名：

唐建雄年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

附件1：

课程设计题目（按“成绩登记表”中学生名单顺序排列）

题目一：

微程序控制器模型机的设计与分析。

题目二：

cpu与简单模型机的设计与分析。

题目三：

硬布线控制器模型机的设计与分析。