上海大学

       计算机组成原理实验报告三

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一．实验目的

1. 读出系统已有的微指令，并理解其含义。

2. 设计并实现微指令系统。

二．实验原理

1.微指令构造

    ①译码器：前两次实验的每一项操作都是通过人工设置电键ki的位置——Ki编码，然后给出一个CK脉冲来完成。如果有一个器件能给出对应与每个操作的ki编码，这个器件就可以代替我们来为操作译码——产生控制信号，这个器件就是指令译码器，也叫控制器。

     常见的控制器有两种：用组合逻辑电路实现控制信号的逻辑电路结构和用存储器实现控制信号的微程序结构。前者将在《在系统编程技术及应用》课程中学习。这里学习后者。

    ②微指令：把一个操作的控制总线编码放在一个存储单元中，同时给出调用这个单元的方法（例如：这个单元的地址），则对使用者而言，这个调用方法等价于控制总线编码本身，二者都称为微指令（不同场合具体指向不同或没有区别）。

    对于操作：“ACH送入寄存器A” 有ki编码：1111 11110，假定将其存入一个地址为F3H的随意选取的存储器单元中，且可以用“读F3”的方式取出这个内容并送上控制总线，则“读F3”和1111 11110是这个操作的微指令，这两个表达形式等价。

    ③操作序列的形式化表述： 同理：把操作“BDH送入寄存器W”的ki编码1111 11101存入随意选取的FDH地址单元；操作“A－W”的ki编码1111 00111存入随意选取的B2H地址单元 ；操作“直通门D的内容送OUT寄存器”的编码0100 111111存入DCH地址单元。

    ④ 实验箱的微指令系统：制造厂的工程师根据这个实验箱的功能、部件数量、必须的基本操作等要求，给它安排了24条控制线——控制总线宽度为24。相应地，每条微指令有24位、微程序存储器的每个地址也必须是24位的存储单元。于是厂家把3片8位存储器的对应地址并接在一起，构成一个24位的存储器。具体连接见下图1。于是，每选中一个地址，就有24位控制信号送上控制总线。

⑦实验台小键盘使用

 

  

四个主菜单，用TV/ME 键切换

观察内部寄存器；

  观察和修改程序存储器；

  观察和修改微程序存储器；

  手动状态。

⑨ μEM状态操作：进入μEM状态后，液晶屏显示如下图，闪动光标在Adr下，送入μEM（微指令寄存器）地址后，闪动光标跳到MH下，送入微指令的高字节后，闪动光标跳到MM下，送入微指令的中字节后，闪动光标跳到ML下，送入微指令的低字节，则一条微指令送入微指令寄存器的指定地址单元。

     若在送入μEM的地址后，按NX键，则液晶屏显示该地址单元中已存贮的微指令值，但这时并不把这个值送上控制总线。即控制总线无改变。再按NX就显示下一个地址单元的微指令值。按LS键显示上一个地址单元的微指令。

 

三．实验内容

   1.观察微指令寄存器地址为00H和11H单元的内容；分析其控制功能；验证该功能是否实现。

   2.编制一条微指令实现“A非”运算后左移一位的值送OUT；把这条微指令放入微程序寄存器的02H单元；验证它的功能是否实现。

   3.编制一条微指令实现A＋W后左移一位的值送R1；把这条微指令放入微程序寄存器的06H单元；验证它的功能是否实现。

四．实验步骤

   实验任务：编制一条微指令实现“A＋W”后右移一位的值送OUT；把这条微指令放入微程序寄存器的03H单元；验证它的功能是否实现。

第一步、 规划实验要点：

 1. 该操作对应的微指令编码：由下图知：

“A＋W”运算对应的控制总线编码为：c2 c1 c0＝000；

“右移一位的值送数据总线”对应的控制总线编码为：c7 c6 c5=101；

“数据总线值打入送OUT寄存器”对应的控制总线编码为：c13=0。

这操作的微指令编码：c23~c0=1111 1111 1101 1110 1011 1000=FFDEB8H

第二步、 安排实验步骤：

1.初始化系统（Reset)，进入微程序存储器模式(μEM状态)，用NX键

   观察00H，01H，02H和03H地址中原有的微指令。

2.因为这条指令要放入03单元，为避免00，01和02地址中的指令影响

   验证03中的指令，把这三个地址都送入FF FF FF指令。

   用LS键返回00H地址。给 00H, 01H和02H地址打入FF FF FFH。

3.给03H地址打入FF DE B8H。

4.再次观察00H、01H、02H和03H地址中的微指令。确定修改成功。

5.在μpc模式下验证功能

    赋初值   μpc (03)  pc(XX)  A(11)  W(22)

   按STEP观察微指令执行的过程。当μPC为03时，观测控制总线的红

   灯，观测A、W、D、L、R和OUT，可以看到OUT寄存器为19，实现

   A+W右移一位送OUT的功能。

第三步、 实施实验步骤：

1.按上述5步进行实验。        

2.记录观察到的现象。

五．体会

   通过此次实验，让我对微指令和微指令系统有了更深一步的了解，相信随着课程的进行，我对这门课程的掌握会越来越充足。

第二篇：计算机组成原理实验报告3

实验三 多路选择器实验

【实验环境】

1. Windows 20## 或 Windows XP

2. QuartusII9.1 sp2、DE2-115计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

【实验目的】

    本次实验要求掌握各种多路选择器的设计与实现。

【实验要求】

可以利用原理图设计并实现1位、8位和32位2选1多路选择器、32位4选1、32位32选1多路选择器。其中32位4选1和32位32选1多路选择器，可以借用系统自带的元件库LPM_MUX元件。

【实验原理】

多路选择器（Multiplexer）又称数据选择器或多路开关，是一种多个输入、一个输出的器件。其功能是在选择控制码（地址）电位的控制下从几路数据输入中选择一路并将其送到一个公共输出端，也就是经过多路选择把多个通道的数据传输到唯一的公共数据通道上。因此，实现数据选择功能的逻辑电路称为多路选择器。如图所示，为4选1多路选择器示意图：

多路选择器的功能类似于一个多掷开关。如果它有两路数据A0和A1，则选择控制信号S，从两路数据中选中某一路数据送至输出端Y。此时，其功能相当于多个输入的单刀多掷开关。

    2选1多路选择器真值表如下所示；

      

由上表可以推出2选1多路选择器输入、输出逻辑关系式为：

【实验步骤】

1、1位2选1多路选择器

由逻辑关系式可知，当S为0时，Y的值由A0确定；当S为1时，Y的值由A1确定，由此可以创建1位2选1多路选择器的原理图。

（1）创建如图所示1位2选1多路选择器的原理图文件：

（2）文件编译

（3）功能仿真

仿真及结果分析：

Y=1的时候输出S为A1 Y=0的时候输出S为A0；

2、8位2选1多路选择器

由逻辑关系式可知，当S为0时，Y的值由A0确定；当S为1时，Y的值由A1确定，由此可以创建8位2选1多路选择器的原理图。

（1）创建如图所示1位2选1多路选择器的原理图文件：

（2）文件编译

（3）功能仿真

仿真及结果分析：

Y=1的时候输出S为A1 Y=0的时候输出S为A0；

3、8位2选1多路选择器

由逻辑关系式可知，当S为0时，Y的值由A0确定；当S为1时，Y的值由A1确定，由此可以创建8位2选1多路选择器的原理图。

（1）创建如图所示1位2选1多路选择器的原理图文件：

（2）文件编译

（3）功能仿真

仿真及结果分析：

Y=1的时候输出S为A1 Y=0的时候输出S为A0；

【实验总结】

这次试验，让我明白了多路选择器的基本原理，也明白了怎么将最简单的1位2选1多路选择器扩充到32位2选1多路选择器。并且让我熟悉了怎么将一个原理图封装成一个元件。元件封装让画原理图变的简单快捷。