微程序控制器综合设计

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1、计算机组成原理课程设计设计名称：微程序控制器综合设计系部名称：国际合作教育中心专业班级：计算机11-5班学生姓名：班欣茹学号：20113298指导教师：日期：2013.6.17-2013.6.28一、实验目的：1、掌握程序控制器的组成，工作过程及调试方法；2、明确微程序的概念，学会微指令及微程序的设计；3、通过单步方式执行若干条微指令深入理解微程序控制器的工作原理。二、实验线路器件和所需实验设备：1、实验线路的主要器件：数据输入开关SW(DIP)；二片74LS374(R4，R5);二片74LS273(DR1，DR2)；二片74LS245；二片74LS181(ALU)；一

2、片6116静态存贮器（RAM）；二片74LS161（PC）；一片74LS273（AR）；4片2764(CM)；5片74LS273(UIR，IR)；三片74LS08；一片74LS10；一片74LS244。2、实验设备：(1)SACT3C计算机组成原理实验仪一台。(2)双踪示波器一台。(3)万用表一块。三、实验原理线路：1、数据通路部分原理线路图(图1)；图12、微程序控制器原理线路框图，如图2所示。图2四、实验原理（一）数据通路的基本概念数字系统中,各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路。数据通路的设计直接影响到控制器的设计，同时也影响到数字系统的速度指

3、标和成本。一般来说，处理速度快的数字系统，它的独立传送信息的通路较多。但是独立数据传送通路一旦增加，控制器的设计也就复杂了。因此，在满足速度指标的前提下，为使数字系统结构尽量简单，一般小型系统中多采用单一总线结构。在较大系统中可采用双总线或三总线结构。（二）微程序控制器的设计思想：控制器在计算机中的分工是取指令，分析指令，执行指令，再取下一条指令，循环往复以完成程序设定的功能。微程序控制器的设计思想是将每一条微指令用一段程序来描述，微程序由若干条微指令组成，而每一条微指令又由若干微命令及一条微指令地址组成，每一条微命令对应于逻辑电路的一个控制操作。微程序放在控制存储器中

4、，取指令和分析指令属公用的微程序段，执行指令则不同指令对应不同的微程序字段，到控制器的那个单元取指令，其地址在uPC中，而uPC的内容则由指令码结果或上条微指令的下地址字段决定，从控存取出的微指令放在微指令寄存器中。微指令的基本格式微操作码微地址码微操作码：包含指令执行的一个步骤中所包含的全部微命令的编码，即一条微指令所需的全部控制信号的编码，用来发出操作控制信号。微地址码：用来产生下一条微指令的地址，指出下一条微指令代码在控制存储器中的存储位置。（三）微程序控制单元1、控制存储器：存放实现计算机指令系统的所有微程序由ROM（EPROM）实现。控制存储器的字长是微指令字

5、的长度。控制存储器的容量取决于指令的数量和每条指令的微程序长度，也取决于微指令代码的利用率。2、微指令寄存器：微指令寄存器（CMIR）存放由控制存储器读出的一条微指令信息3、微地址寄存器（CMAR）：存放将要访问的下一条微指令的微地址。4、微地址形成部件：能测试执行中的状态信息，修改微地址寄存器的内容，以便按修改后的内容去读下一条指令。（四）微程序控制单元的工作原理：1、取指阶段（1）将取指微程序首地址置于CMAR中。（2）读微指令。（3）产生微操作命令。（4）形成下一条微指令地址。（5）取下一条微指令。…………重复（1）~（4）过程，直到该机器指令送入IR为止。2、执

6、行阶段（1）当指令存入IR后，由指令的OP部分送到微地址形成部件，形成该指令对应的微程序的首地址。（2）读出微指令。（3）产生微操作命令。（4）形成下一条微指令地址。…………重复（1）~（4）过程，直到该机器指令执行完为止。五、实验任务根据已知的微指令的操作码，自主设计微程序，按照设置好的微程序执行出来。微程序控制器综合设计日志2013年6月17日由于微程序控制器设计这个实验是对以前做过实验的一个综合，需要回顾运算器组成原理、存储器原理、数据通路实验。因此，首先我们再一次的完成了前三个实验的操作。熟悉掌握了实验原理，为之后微程序控制器设计做初期准备。随后，查找资料进一步

7、了解微程序控制器的组成及工作原理。1.微程序控制器的组成微程序控制器原理框图如下图所示，它主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成，其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。图3控制存储器简称控存，用来存放实现全部指令系统的所有微程序，它是一种只读型存储器。控制存储器的字长就是微指令字的长度，其存储容量视机器指令系统而定，即取决于微程序的数量。微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息，其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的微地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息