微程序控制器模型机的设计与分析Word文档格式.docx

1、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

2、 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 SD05SD00 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 MA5MA0 显示当前地址（000000），M7M0 显示当前数 据（00010001）。然后将 KK5 拨至加 1档，IN 单元开关给出

3、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），M15M8 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 MA5MA0 显示当前地址（000000），M23M16 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

4、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 SD05SD00 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 M7M0 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 M15M8 显 示该单元中 8 位数据（00100010）；再连续两次按动

5、开关 ST，MC 单元指示灯 M23M16 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 M23M16、M15M8、M7M0。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

6、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 MA5MA0 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 I7I2 为指令寄存器的第 72 位输出，SE5SE0 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 I

7、R 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

8、示。本实验安排了四条机器指令，分别为 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和 HLT（0101 0000），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IN 0010 0000 IN R0ADD 0000 0000 R0 + R0 R0OUT 0011 0000 R0 OUTHLT 0101 0000 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

9、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

10、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$M 1F 112233，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】【

11、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

12、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 SD27SD20，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

13、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.

14、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

15、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PNMA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。