微程序控制器的组成与实现实验

微程序控制器的组成与实现实验 计算机组成原理实验指导书 - ３６ - 实验四 微程序控制器的组成与实现实验 1．掌握微程序控制器的组成及工作过程； 2．通过用单步方式执行若干条微指令的实验，理解微程序控制器的工作原理。 ： 1．复习微程序控制器工作原理； 2．预习本电路中所用到的各种芯片的技术资料。 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。 微程序控制器的电路图见图4-1。 本电路由一片三态输出8D触发器74LS374、三片EEPROM2816、两片8D触发器74LS273、一片4D触发器74LS175、三片3线-8线译码器74LS138、三片2D触发器74LS74、一片三态门74LS245和两片六反相器74LS04等组成。其中74LS273的技术资料参见实验一。其余芯片分别见图4-2~图4-8。 图4-2（a）28C16引脚 图4-2（b） 28C16引脚说明 工作方式 /CE /OE /WE 输入/输出 读 后 备 数据输出 字 节 写 L L H 高 阻 H × × 字节擦除 L H L 数据输入 写 禁 止 L 12V L 高 阻 写 禁 止 × × H 高 阻 输出禁止× L × 高 阻 × H × 高 阻 图4-2（c）28C16工作方式选择 - ３７ - 计算机组成原理实验指导书 计算机组成原理实验指导书 - ３８ - 4-3a74LS175 4-3b74LS175 4-4a74LS138 4-4b 74LS138 图4-4（c）74LS138功能 - ３９ - 计算机组成原理实验指导书 4-5a74LS374 4-5b74LS374 4-6a74LS74 4-6b74LS74 4-7a74LS304 4-7b74LS04 4-8a74LS245 4-8b74LS245 - ４０ - 计算机组成原理实验指导书 1．脉冲源和时序电路： 实验所用的脉冲源和时序电路中“脉冲源输出”为时钟信号，f的频率为500KHz，f/2的频率为250KHz，f/4的频率为125KHz，f/8的频率为62.5KHz，共四种频率的方波信号，可根据实验自行选择一种方波信号的频率。每次实验时，只需将“脉冲源输出” 的四个方波信号任选一种接至“信号输入”的“fin”， 时序电路即可产生4种相同频率的等间隔的时序信号T1~T4，其关系见图4-9。电路提供了四个按钮开关，以供对时序信 号进行控制。工作时，如按一下“单步” 按钮，机器处于单步运行状态，即此时只发送 一个CPU周期的时序信号就停机，波形见图4-9。利用单步运行方式，每次只读一条微 指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。如按一下“启动” 按钮，机器连续运行，时序电路连续产生如图4-9的波形。此时，按一下“停止” 按钮，机器停机。 4-9 按动“单脉冲”按钮，“ T+”和“T-”输出图4－10的波形： T+ T- 410 各个实验电路所需的时序信号端均已分别连至“读写控制电路”的“T1、T2、T3、T4”，实验时只需将“脉冲源及时序电路”模块的“T1、T2、T3、T4” 端与“读写控制电路”的“T1、T2、T3、T4” 端相连，即可给电路提供时序信号。 2．微程序控制器电路： 三片EEPROM2816构成24位控制存储器，两片8D触发器74LS273和一片4D触发器74LS175构成18位微命令寄存器，三片3线-8线译码器74LS138对微命令进行译码。三片2D触发器74LS74构成6位微地址寄存器，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， - ４１ - 完成地址修改。SA5~SA0为微控器电路微地址锁存器的强置端输出。 计算机组成原理实验指导书 在该电路中有一组开关K1、K2、K3、K4（注意：K4在基板上的“24位微代码输入及显示电路”中），它们可以设为三种状态：写入、读出和运行。当处于“写入”状态 时，可根据微地址和微指令将微指令二进制代码写入到2816中。当处于“读出” 状态时，可以将写入的二进制代码读出，从而可以对写入控存的二进制代码的正确性进行 验证。当处于“运行” 状态时，只要给出微程序的入囗微地址，则可根据微程序流程图 自动执行微程序。 往EEPROM里任意写24位微代码，并读出验证其正确性。 K4OFF 1. 实验连线图如图4－11所示。 微程序控制器电路 读写控制电路 UAJ1 T1T2T3T4 C1C2C3C4C5C6 F1F2F3F4 控制总线 411 2. 将开关K1K2K3K4拨到写状态即K1 off、K2 on、K3 off、K4 off，其中K1、K2、K3在微程序控制电路，K4在24位微代码输入及显示电路上。在监控指示灯滚动显示 【CLASS SELECt】状态下按【实验选择】键，显示【ES--_ _ 】输入04或4，按【确认】键，显示为【ES04】，示准备进入实验四程序，也可按【取消】键来取消上一步操作， 重新输入。再按下【确认】键，显示为【CtL1=_】，表示对微代码进行操作。输入1显示【CtL1_1】，表示写微代码，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。按【确认】 - ４２ - 计算机组成原理实验指导书 显示【U-Addr】，此时输入【000000】6位二进制数表示的微地址，然后按【确认】键， 也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入，微地址显示灯（六个黄色指示灯，二 位八进制）全灭，显示刚才输入的微地址，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新 输入。同时监控指示灯显示【U_CodE】，显示这时输入微代码【000001】，该微代码是用6位十六进制数来表示前面的24位二进制数，注意输入微代码的顺序，先右后左，此过 程中可按【取消】键来取消上一次输入，重新输入。按【确认】键则显示【PULSE】，按【单步】完成一条微代码的输入，重新显示【U-Addr】提示输入表4-1第二条微代码地址。 按照上面的方法输入表4－1微代码,观察微代码与微地址显示灯的对应关系（注意输 入微代码的顺序是由右至左）。 微地址（八进制） 微地址（二进制） 微代码（十六进制） 00 000000 000001 01 000001 000002 02 000010 000003 03 000011 015FC4 04 000100 012FC8 10 001000 018E09 11 001001 005B50 20 010000 005B55 25 010101 06F3D8 30 011000 FF73D9 31 011001 016E00 4-1 3． 先将开关K1K2K3K4拨到读状态即K1 off、K2 off、K3 on、K4 off，在监控指示灯显示【U_Addr】状态下连续按两次【取消】键，退回监控指示灯显示【ES04】状态，也可按【RESET】按钮对单片机复位，使监控指示灯滚动显示【CLASS SELECt】状态，按【实验选择】键，显示【ES--_ _ 】输入04或4，按【确认】键，显示【ES04】。按【确认】键，显示【CtL1=_】时，输入2，按【确认】显示【U_Addr】 ，此时输入6位二进制微地址，进入读微代码状态。再按【确认】显示【PULSE】，此时按【PULSE】键，显 - ４３ - 计算机组成原理实验指导书 示【U_Addr】，微地址指示灯显示输入的微地址，微代码显示电路上显示该地址对应的微 代码，至此完成一条微指令的读过程。观察黄色微地址显示灯和微代码的对应关系，对 照表4-1表检查微代码是否有错误，如有错误，可按步骤2写微代码重新输入这条微代码 的微地址及微代码。 10 1 。 1． 按图4－12接线图接线： 微程序控制器电路 读写控制电路 UAJ1 T1T2T3T4 UA5…UA0 T1T2T3T4 控制开关电路 脉冲源及时序电路 fin f/4 412 2．实验步骤： 1) 观测时序信号： 用双踪示波器观察脉冲源及时序电路的“f/4”、“T1、T2、T3、T4”端，按 动【启动】按钮，观察“f/4”、“T1、T2、T3、T4”各点的波形，比较它们的相 互关系，画出其波形，并与图4－9比较。 2) 写微代码 (以写表4-1的微代码为例) ： 首先将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到写入状态，即K1 off、K2 on、 K3 off，然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到on状态。置控制开 关UA5 …… UA0=“000000”，输入微地址“000000”， 置24位微代码开关 MS24---MS1为：“00000000 00000000 00000001”，输入24位二进制微代码，按 【单步】，黄色微地址灯显示“000 000”，写入微代码。保持K1K2K3K4状态不 变，写入表4－1的所有微代码。 - ４４ - 3) 读微代码并验证结果： 计算机组成原理实验指导书 将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到读出状态，即K1 off、K2 off、K3 on，然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到off状态。置控制开关UA5 …… UA0=“000000”，输入微地址“000000”， 按【单步】，黄色微地址灯 显示“000 000”，24位微代码显示“00000000 00000000 00000001”，即第一条微代码。保持K1K2K3K4状态不变，改变UA5 …… UA0微地址的值，读出相应的 微代码，并和表4－1的微代码比较，验证是否正确。