计算机组成原理 微程序控制器实验

微程序控制器实验

实验环境

计算机组成原理实验环境

实验目的

1. 掌握微程序控制器的组成原理和工作过程。
2. 理解微指令和微程序的概念，理解微指令与指令的区别与联系。
3. 掌握指令操作码与控制存储器中微程序的对应方法。熟悉根据指令操作码从控制存储器中读出微程序的过程。

实验要求

1. 做好实验预习，读懂实验电路图，熟悉实验元器件的功能特性和使用方法。
2. 按照实验内容与步骤的要求，独立思考，认真仔细地完成实验。
3. 写出实验报告。

实验电路

       本实验使用的主要元器件有: 4 位数据锁存器 74LS175，2Kx8 EPROM2716，时序发生器，或门、与门、开关、指示灯等。芯片详细说明请见附录。
       图 8.1 为实验电路图，其中3片EPROM2716构成控制存储器，1片74LS175为微地址寄存器，与74LS175 数据输入引脚相连的输入信号线及6个门电路构成了地址转移逻辑。注意，2716输出信号中带后缀“#”的信号为低电平有效信号，不带后缀“#”的信号为高电平有效信号。为简化电路结构，本实验没有使用微命令寄存器,并且在虚拟实验系统中，将3片EPROM组合为一个虚拟EPROM组件。本实验使用的EPROM和时序发生器一样， 均为虚拟实验系统提供的虚拟组件。

       实验电路中涉及的主要控制信号如下:

1. CE ：2716 芯片的片选信号。为 0 时 2716 正常工作，实验中将其接地，恒置为 0 。
2. OE ：2716 读信号。 CE = 0 ， OE = 0 时为读操作，实验中将其接地，恒置为 0 。
3. CLR ： 芯片 74LS175 的清零信号，低电平有效。
4. T1：微地址加载信号，在 T1 的上升沿将微地址锁存到 74LS175 。
5. IR5 ~IR7 指令操作码的输入信号，这几条信号线本应与指令寄存器的输出引脚相连，但在本实验中，与数据开关相连，指令操作码通过数据开关手动设置。
   

实验原理

       在存储逻辑型计算机中，一条机器指令对应了一个微程序，不同的机器指令对应了不同的微程序，执行一条指令其实就是运行其对应的一个微程序，微程序由微指令组成，是微指令的有序集合。微程序是在设计一台计算机时就预先设计好并且固化在只读存储器中的，以后每当要执行某条指令时，只需找到并运行其对应的微程序。
       控制存储器专门用于存放微程序，在本实验中，控制存储器由 3 片 EPROM2716 组成，为了减少连线的复杂度，虚拟实验系统把三片 EPROM2716 集成到一片芯片上，因此，本实验所用到的是 EPROM2716 x 3 (2Kx24位)，其中地址输入引脚为 A10 ~ A0 ，实验中仅用到 A3 ~ A0 ，高 7 位地址线 A4 ~ A10 接地，实际存储容量为 16 x 3 字节。Q0 ~ Q23 这 24 个输出引脚与 24 位的