实验六基本模型机实验..docx

实验六 基本模型机实验实验目的掌握微程序执顺序强制改变的原理掌握机器指令与微程序的对应关系。掌握机器指令的执行流程。掌握机器指令的微程序的编制、写入。实验设备TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统。实验原理图1：微控器原理图部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，如运算器实验中对74LS－181芯片的控制，存储器实验中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输入设备的控制。而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一段微程序。 微程序执行顺序强制改变原理如图2 所示，后继地址是由6片正沿触发的双D触发器（74）构成，它们带有清“0”和置“1”端，可以让CLR有效（低电平）使MA0～MA5置0，也可以让SE1～SE5有效（低电平），使对应的触发器置1。在微程序的运行过程中，在T2时刻，将当前运行的微指令中的μA5～μA0置入对应的触发器中，作为下条执行微指令的地址，如果在T2后的T4时刻，可能会使SE1～SE5中的某一位或者几位有效，将强制的置对应触发器为“1”，从而改变由μA5～μA0指定的微地址，改变微程序执行流程。 图2：后继地址逻辑图注： CLR：清零信号 T2：时钟信号 μA5～μA0：对应微指令中μA5～μA0机器指令与微程序的对应关系每条机器指令由多条微指令按一定的顺序完成，如MOV指令（从存储器到存储器）需要6条微指令的执行才能完成，其执行流程为： 将完成某条机器指令的这些微指令的第一条指令放置在微控器的存储器的固定位置，通过对机器指令的编码，当读到某条机器指令后，能将微程序的执行流程转入该指令对应的微程序位置。如有某机器指令对应的微程序如下安排：微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5---UA0000 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1010 0 0 0 0 0 0 1 10 0 10 0 10 0 10 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 1 00 1 00 0 0 0 1 1030 0 0 0 0 0 0 1 10 1 10 1 10 1 10 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 0 0 1 11 0 01 0 01 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 0 0 1 11 0 11 0 11 0 10 0 0 1 1 0060 0 0 0 0 0 0 1 11 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 070 0 0 0 0 0 0 1 11 1 11 1 11 1 10 0 1 0 0 0若微控器读到该指令后，能使微程序的后继地址转向“00”，即可实现机器指令与微程序的对应。微控器读取一条机器指令后，将通过如下的逻辑电路，对SE1～SE5中的某一位或者几位激活，从而实现机器指令与微程序的对应。当然，该逻辑电路还能接收外部控制输入SWA、SWB，内部状态输出FC、FZ等信号，并对这些信号给出相应的输出。 图3 注：FC：进位标志FZ：0标志SWA、SWB存储器读写控制标志P（1）～P（4）：微指令C字段译码输出结果I2～I7：机器指令第2位～第7位。根据该逻辑电路图，得SE1～SE5的逻辑表达式如下： （1） （2） （3） （4） （5）由这些逻辑表达式可知：由于P（1）～P（4）微指令中C字段译码后的部分输出，所以它们至多有一个有效（低电平）。当P（1）有效时，在T4时刻，可以通过对I4～I7置“1”，使对应的SE1～SE4有效（低电平）。当P（2）有效时，在T4时刻，可以通过对I2～I3置“1”，使对应的SE1～SE2有效（低电平）.当P（3）有效时，在T4时刻，标志位FZ或者FC有效（高电平）使SE7有效（低电平）。当P（4）有效时，在T时刻，外部输入控制信号SWA或者SWB有效（高电平），使SE1～SE2有效（低电平）。假如某微控器的微程序流程如下图所示，微程序微控器的00单元内容如表所示。微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCμA5～μA0000 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0计算机启动后，微控器从微程序存储器的第一个单元（00）处读取微指令，该微指令中的C字段值为“100”，该值的译码结果使P（4）有效，而μA5～μA0的值“0 1 0 0 0 0”。由逻辑表达式（4）、（5）以及上面的分析可知：当SWA有效，SWB无效，对应的取值组合为（01），将使SE1的