计算机组成原理TEC-4实验手册（含实验步骤）完整6个实验 三个程(8)

存储器写操作（KWE）：按下复位按钮CLR#后，微地址寄存器状态为全零。此时置SWC = 0、SWB ＝１，SWA ＝０，按启动按钮后微指令地址转入27H，从而可对ＲＡＭ连续进行手动写入。

存储器读操作（KRD）：按下复位按钮CLR#后，置SWC = 0，SWB ＝０，SWA ＝１，按启动按钮后微指令地址转入17H，从而可对RAM连续进行读操作。

写寄存器操作（KLD）：按下复位按钮CLR#后，置SWC = 0，SWB ＝1，SWA ＝１，按启动按钮后微指令地址转入37H，从而可对寄存器堆中的寄存器连续进行写操作。

读寄存器操作（KRR）：按下复位按钮CLR#后，置SWC = 1，SWB ＝0，SWA ＝0，按启动按钮后微指令地址转入47H，从而可对寄存器堆中的寄存器连续进行读操作。

启动程序（PR）：按下复位按钮CLR#后，置SWC = 0，SWB ＝ 0，SWB ＝ A，用数据开关SW7—SW0设置内存中程序的首地址，按启动按钮后微指令地址转入07H，然后转到“取指”微指令。 应当着重指出，在微指令格式的设计过程中，对数据通路所需的控制信号进行了归并和化简。细心的同学可能已经发现，微程序控制器输出的控制信号远远少于数据通路所需的控制信号。这里提供的微程序流程图，是没有经过归并和化简的。仔细研究一下微程序流程图，就会发现有些信号的出现的位置完全一样，这样的信号用其中一个信号就可以代表。请看信号LDPC和LDR4,这两个信号都在微程序地址07H、1AH、1FH、26H出现，而在其他的微程序地址都不出现，因此这两个信号产生的逻辑条件是完全一样的。从逻辑意义上看，这两个信号的作用是产生新的PC，完全出现在相同的微指令中是很正常的，因此用LDPC完全可以代替LDR4。还有另一些信号，例如LDDR1和LDDR2，出现的位置基本相同。LDDR2和LDDR1的唯一不同是在地址14H的微指令中,出现了LDDR2信号,但是没有出现LDDR1信号。LDDR1和LDDR2是否也可以归并成一个信号呢？答案是肯定的。微程序流程图中只是指出了在微指令中必须出现的信号，并没有指出出现其他信号行不行，这就要根据具体情况具体分析。在地址14H的微指令中，出现LDDR1信号行不行呢?完全可以。在地址14H出现的LDDR1是一个无用的信号，同时也是一个无害的信号，它的出现完全没有副作用，因此LDDR1和LDDR2可以归并为一个信号LDDR1。根据以上两条原则，我们对下列信号进行了归并和化简：

LDIR(CER) 为1时,允许对IR加载，此信号也可用于作为双端口存储器右端口选择CER。 LDPC(LDR4) 为1时,允许对程序计数器PC加载，此信号也可用于作为R4的加载允许信号

LDR4。

LDAR1(LDAR2) 为1时,允许对地址寄存器AR1加载，此信号也可用于作为对地址寄存器AR2

加载。

LDDR1(LDDR2) 为1时允许对操作数寄存器DR1加载。此信号也可用于作为对操作数寄存器

DR2加载。

M1（M2） 当M1 = 1时，操作数寄存器DR1从数据总线DBUS接收数据；当M1 = 0时，

操作数寄存器DR1从寄存器堆RF接收数据。此信号也可用 于作为操作数寄存器DR2的数据来源选择信号。

在对微指令格式进行归并和化简的过程中，我们有意保留了一些信号，没有化简，同学们可以充分发挥创造性，提出更为简单的微指令格式。 还要说明的是，为什麽微指令格式可以化简，实验台数据通路的控制信号为什麽不进行化简？最主要的原因是前面进行的各个实验的需要，例如LDDR1和LDDR2这两个信号,在做运算器数据通路实验时,是不能设计成一个信号的。还有一个原因是考虑到实验时易于理解，对某些可以归并的信号也没有予以归并。

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四、实验设备

（1）TEC－４计算机组成原理实验系统一台 （2）双踪示波器一台 （2）直流万用表一只 （3）逻辑测试笔一支

五、实验任务

（1）按实验要求连接实验台的数码开关K0—K15、按钮开关、时钟信号源和微程序控制器。 注意：本次实验只做微程序控制器本身的实验，故微程序控制器输出的微命令信号与执行部件（数据通路）的连线暂不连接。连线完成后应仔细检查一遍，然后才可加上电源。 （2）观察时序信号。

用双踪示波器观测时序产生器的输入输出信号：MF，W1—W4，T1—T4。比较相位关系，画出其波形，并标注测量所得的脉冲宽度。观察时须将TJ1接低电平，DB、DZ、DP开关均置为0状态，然后按QD按钮，则连续产生T1、T2、T3、T4、W1、W2、W3、W4。

了解启停控制信号的功能，并熟练地使用连接这些控制信号的按钮或开关。

（3）熟习微指令格式的定义，按此定义将控制台指令微程序的8条微指令按十六进制编码，列于下表。三种控制台指令的功能由SWC、SWB、SWA三个二进制开关的状态来指定（KRD ＝001B，KWE＝010B，PR＝000B）。此表必须在预习时完成。

微指令地址 微指令编码 微指令地址 微指令编码 00H 3CH 07H 17H 27H 3FH 3DH 3EH

单拍（DP）方式执行控制台微程序，读出上述八条微指令，用Ｐ字段和微地址指示灯跟踪微指令执行情况，并与上表数据对照。用连续方式执行KWE和KRD（将TJ1接地），画出u_A0（28C64的地址A0，U12的引脚10）信号波形，作出解释。

单拍（DP）方式执行控制台微程序，读出上述八条微指令，用Ｐ字段和微地址指示灯跟踪微指令执行情况，并与上表数据对照。用连续方式执行KWE和KRD（将TJ1接地），画出u_A0（28C64的地址A0，U12的引脚10）信号波形，作出解释。

（4）用P3和SWC、SWB、SWA的状态组合，观察验证三种控制台指令KRD、KWE、PR微地址转移逻辑功能的实现。

（5）熟习05H、10H两条微指令的功能和P2测试的状态条件（IR4—IR7），用二进制开关设置IR7—IR4的不同状态，观察ADD至STP九条机器指令微地址转移逻辑功能的实现。（用逻辑笔测试有关逻辑电路的电平，分别做出测试记录，自行设计表格。）

（6）设置IR7—IR4的不同组合，用单拍方式执行ADD至STP九条机器指令微程序，用微地址和Ｐ字段指示灯跟踪微程序转移和执行情况。用逻辑笔测试小插座上输出的微命令信号，记录ADD、SUB、LDA、STA四条机器指令的微命令信号，自行设计表格。

六、实验步骤和实验结果 （1） 接线

跳线开关J1用短路子短接。控制器的输入C接K0，IR4接K1，IR5接K2，IR6接K3，IR7接K4，

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TJI接K5，SKIP接GND。

合上电源。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。

（2）观察时序信号波形

令K5（TJI）= 0，置DP = 0，DZ = 0，DB =0。按QD按钮，则时序部分开始不停止的运行，直到按CLR#按钮为止。用双踪示波器观察MF、T1、T2、T3、T4、W1、W2、W3、W4信号。观察的方法是同时观察两路信号，以便比较相位。可按下述顺序进行：MF和T1，T1和T2，T2和T3，T3和T4，T1和W1，W1和W2，W2和W3，W3和W4。根据观察的结果，可画出波形图。波形图的图形请参看第一节图3的基本时序图。MF的周期为1000毫秒，占空比为50?。

（3） 控制台操作微指令编码测试和KWRD、KRD连续运行时的?_A0波形 1.控制台操作微指令编码测试

控制台微代码在28C64的D0—D7输出，D0是最低位，D7是最高位，CM0是最低字节，CM4是最高字节。D0—D7对应于28C64的引脚11、12、13、15、16、17、18、19。

令K5（TJI）= 0，置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 0、SWA = 1，实验系统处于KRD工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址?_A5—?_A0为00H，测得的微码是00H 05H 0C0H 02H 07H。按一次QD按钮，微地址?A5—?_A0为17H，测得的微码是04H 05H 44H 00H 3FH。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为3FH，测得的微码是04H 09H 0C0H 00H 3EH。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为3EH，测得的微码是00H 05H 0C8H 00H 3FH。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为3FH。由于微地址又返回3FH，停止测试。

令K5（TJI）= 0，置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0，实验系统处于KWE工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址?_A5—?_A0为00H。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为27H，测得的微码是04H 05H 44H 00H 3DH。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为3DH，测得的微码是00H 01H 40H 00H 3CH。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为3CH，测得的微码是04H 05H 0C8H 00H 3DH。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为3CH。由于微地址又返回3CH，停止测试。 令K5（TJI）= 0，置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。置SWC=0、SWB = 0、SWA = 0，实验系统处于PR工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址?_A5—?_A0为00H。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为07H，测得的微码是00H 05H 41H 20H 05H。按一次QD按钮，微地址?_A5—?_A0为05H，测得的微码是00H 05H 0C4H 91H 10H。由于以后的微码与机器指令有关，停止测试。

2. KWE、KRD连续运行时的?_A0波形

令K5（TJI）= 0，置DP = 0，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于连续状态。置SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0，实验系统处于KWE工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。按一次QD按钮，使系统连续运行。用示波器测量?_A0（U12的引脚11）的波形，得到波形如下：

虽然完成KWE控制台功能需要27H、3DH、3CH 3条微指令，但是在连续运行时，循环执行的只是3DH、3CH 2条微指令，因此?_A0的波形如上。

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令K5（TJI）= 0，置DP = 0，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于连续状态。置SWC = 0、SWB = 0、SWA = 1，实验系统处于KRD工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。按一次QD按钮，使系统连续运行。用示波器测量?_A0（U12的引脚11）的波形，得到波形与KWE时的波形相同，原因也类似。

（4） 用P3和SWB、SWA的状态组合，观察验证三种控制台指令KWE、KRD、PR微地址转移逻辑功

能的实现。

其实，第(3)步已验证了验证三种控制台指令KWE、KRD、PR微地址转移逻辑功能的实现。在这里，可将时序电路的输入TJI与控制存储器的输出TJ连接，置DP = 1，DB = 0，DZ = 0。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 1，按QD按钮，验证KRD的微地址转移功能；选择SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0，按QD按钮，验证KWE的微地址转移功能；选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 1，按QD按钮，验证KRD的微地址转移功能。这里不再详述。

（5） 熟习05H、10H两条微指令的功能和P2测试的状态条件（IR4—IR7），用二进制开关设置IR7

—IR4的不同状态，观察ADD至STP九条机器指令微地址转移逻辑功能的实现。

1． 05H微指令的功能是根据程序计数器PC从存储器取指令，送往指令寄存器IR，同时进行PC+1

的操作。05H微指令的下一微指令地址是10H。不过，10H只是一个表面的下一微地址，由于该微指令中P2 = 1，因此实际的微指令地址的低4位要根据IR7—IR4确定，实际微地址为10H + IR7 IR6 IR5 IR4。

2． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 0，相当于ADD指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为10H。

3． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 1，相当于SUB指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为11H。

4． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 0，相当于MUL指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为12H。

5． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 1，相当于AND指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为13H。

6． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 0，相当于STA指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为14H。

7． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 1，相当于LDA指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD

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按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为15H。

8． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 0，K3（IR6）=1，K2（IR5）= 1，K1（IR4）= 0，相当于STP指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为16H。

9． 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 1，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 0，相当于JMP指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为18H。

10. 置DP = 1，DZ = 0，DB =0，使实验系统处于单拍状态。选择SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0，按

CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址是00H。令K4（IR7） = 1，K3（IR6）=0，K2（IR5）= 0，K1（IR4）= 1，相当于JC指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变为07H。按一次QD按钮，微地址变为05H。按一次QD按钮，微地址变为19H。

（6）设置IR7—IR4的不同组合，用单拍方式执行ADD至STP九条机器指令微程序，记录ADD、SUB、LDA、STA四条机器指令的微命令信号。

操作的方法与（5）类似，只是需纪录ADD、SUB、LDA、STA四条机器指令的微命令信号。不再详述。

（7）提出自己的微程序格式方案 本内容可由学生自己提出。这里仅对信号的进一步归并提一点参考意见。 1． 从微程序格式中去掉M1（M2）信号。在微程序流程图中，只有M1（M2） = 0，没有M1（M2） =

1，因此只要使M1固定接GND，M2固定接GND，就可以从微程序格式中去掉M1（M2）信号。 2． 从微程序格式中去掉LDER信号。暂存寄存器ER的唯一作用是作为寄存器堆的数据来源。因此，

可将LDER固定接VCC。虽然每条微指令中都有LDER出现，有可能改变ER的值，但是只有在下一条微指令中含有WRD信号时LDER信号才起作用。观察微程序流程图可以发现，每条含有WRD信号的微指令前面的微指令中均含有LDER微指令,因此可以从微程序格式中去掉LDER信号。 3． 从微程序格式中去掉PC_INC信号,将它和CER、LDIR归并为一个LDIR信号。

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