我班算是几乎最后一个做实验的班级了，报告参考了一些朋友提供的数据加上一些自己的主观拙见，本人水平有限加之制作仓促难免有错误，望大家批评指正。
4.1 微程序控制器实验
一、实验目的
实验原理
- 微程序控制器根本的任务是完成指令的翻译和执行，执行方法就是将指命令进行编码 并储存在控制存储器里。
- 微程序控制器是时序逻辑严格的按照节拍来完成相应的操作，本实验用到的节拍是TS1-TS4.
- 实验设有一组编程控制开关 （位于时序与操作台）可实现对存储器的编程校验和运行具体的使用方法如下:
eg:向332211M(00H) 数据的写入操作 操作思路：分为中低高三路进行编程
-
首先将 KK1 拨至‘停止’档、 KK3 拨至‘编程’档、 KK4 拨至‘控存’档、 KK5 拨至‘置数’档
-
由 CON 单元的 SD15——SD10 开关给出需要编辑的 控存 单元首地址（000000）IN 单元开关给出该控存单元数据的低 8 位（00010001）也就是11
连续 两次按动时序与操作台单元的开关ST（一定要是两次）explain: 按动ST之后 (第一次按动后 MC 单元低 8 位显示该单元以前存储的数据，第二次按动后显示 当前改动的数据），此时 MC 单元的指示灯 MA5——MA0 显示当前地址（000000）， M7——M0 显示当前数据（00010001）。输入:以下演示同上方低八位相同 但是一些小细节需要注意：被编辑的单元在三路都被修改之后控存单元CU会自动加一
- 然后将KK5 拨至‘加1’档，IN 单元开关给出该控存单元数据的中8 位（00100010），
- 连续两次按动开关 ST，完成对该控存单元中 8 位数据的修改，此时 MC 单元的指示灯 MA5——MA0 显示当前地址（000000），M15——M8 显示当前数据（00100010）；
- 再由 IN 单元开关给出该控存单元数据的高 8 位（00110011），连续两次按动开关 ST，完成对该控存单元高 8 位数据的修改此时 MC 单元的指示灯 MA5——MA0 显示当前地址（000000），M23——M16 显示当前数据（00110011）。
- 此时被编辑的控存单元地址会自动加 1（01H），由 IN 单元开关依次给出该控存单元数据的低 8 位、中 8 位和高 8 位配合每次开关 ST 的两次按动，即可完成对后续单元的编辑。
校验输入：
- 编辑完成后需进行校验，以确保编辑的正确。以校验 00H 单元为例，对于控制存储器进行校验的具体操作步骤如下：
- 首先将 KK1 拨至‘停止’档、KK3 拨至‘校验’档、KK4 拨至‘控存’档、KK5 拨至‘置数’档。
- 由 CON 单元的 SD15——SD10 开关给出需要校验的控存单元地址（000000），
- 连续两次按动开关 ST，MC 单元指示灯 M7——M0 显示该单元低 8 位数据（00010001）；
- KK5 拨至‘加 1’档，再连续两次按动开关 ST，MC 单元指示灯 M15——M8 显示该单元中 8 位数据（00100010）；
- 再连续两次按动开关 ST，MC 单元指示灯 M23——M16 显示该单元高 8 位数据（00110011）。
- 再连续两次按动开关 ST，地址加 1，MC 单元指示灯 M7——M0 显示 01H 单元低 8 位数据。如校验的微指令出错，则返回输入操作，修改该单元的数据后再进行校验，直至确认输入的微代码全部准确无误为止，完成对微指令的输入。
对字段进行平行操作
位于实验平台 MC 单元左上角一列三个指示灯 MC2、MC1、MC0 用来指示当前操作的微程序字段，分别对应 M23——M16、M15——M8、M7——M0。实验平台提供了比较灵活的手动操作方式，比如在上述操作中在对地址置数后将开关 KK4 拨至‘减 1’档，则每次随着开关ST 的两次拨动操作，字节数依次从高 8 位到低 8 位递减，减至低 8 位后，再按动两次开关ST， 微地址会自动减一，继续对下一个单元的操作。
对于跳转指令 微程序的方式是AD(CMDR)->CMAR OP(CMAR)->微地址形成部件->CMAR
二、实验预习
1、阅读实验指导书，然后回答问题。
(1) 微指令字长共 24 位，控制位顺序如表 4-1-1：
其中 MA5…MA0 为 6 位的（ 后续微地址），A、B、C 为三个（为三个译码字段 ），分别由三个控制位译码出多位。C 字段中的 P<1>为（为测试字位 ）。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的（ 微地址入口），从而实现完成对指令的识别，并实现微程序的分支。本系统上的 指令译码原理如图 4-1-3 所示，图中 I7…I2 为指令寄存器的第 7…2 位输出，SE5…SE0 为微控器单元微地址锁存器的强置端输出，指令译码逻辑在控制器单元的INS_DEC 中实现。
个人感觉译码方式是直接译码。
(2)本实验安排了四条机器指令，分别为 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、 OUT（0011 0000）和 HLT（0101 0000）。 括号中为各指令的二进制代码，指令格式如下，请补充说明部分。
实验中机器指令由 CON 单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微程序控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，
- 图中一个矩形方框表示一条微指令,方框中的内容为该指令执行的微操作，
- 右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数字是该条指令的后续微地址，
- 所有微地址均用 16 进制表示。
- 向下的箭头指出了下一条要执行的指令。P<1>为测试字，根据条件使微程序产生分支。
实验步骤
连线
- 实验原始记录
（一）本机运行
1、按照实验指导书的步骤完成操作，并填写表格。
表4-1 程序运行过程
| 机器指令 | 机器 指令码 | 微指令 | ||||||||
| 地址 | 下地址 | 高五位 | S3-S0 | A 字段 | B 字段 | C 字 段 | MA5-MA0 | |||
| IN | 0010 0000 | 00 | 000001 | 00000 | 0000 | 000 | 000 | 000 | 000001 | |
| 01 | 110100 | 00000 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |||
| 32 | 000001 | 00011 | 0000 | 011 | 000 | 000 | 000001 | |||
| ADD | 0000 0000 | 01 | 110000 | 00000 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |
| 30 | 000100 | 00000 | 0000 | 001 | 010 | 000 | 000100 | |||
| 04 | 000101 | 00000 | 0000 | 010 | 010 | 000 | 000101 | |||
| 05 | 000001 | 00000 | 1001 | 011 | 001 | 000 | 000001 | |||
| OUT | 0011 0000 | 01 | 110011 | 00000 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |
| 33 | 0000001 | 00101 | 0000 | 000 | 010 | 000 | 000001 | |||
| HLT | 0101 0000 | 01 | 110101 | 00000 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |
| 35 | 110101 | 00000 | 0000 | 000 | 000 | 000 | 110101 | |||
通过IN单元输入的值为（00100011 ），运行结束后，通过OUT单元输出的值为（ 01000110）
写出连续执行四条机器指令（IN-ADD-OUT-HLT）程序的每条微指令的下地址执行顺序
000000→000001→（000000）→（000001）→（110000）→000001→（110010）→000001→（000001）→000001→（110000）
思考题：机器指令30H（即OUT指令）执行时，观察寄存器R0中的数据何时送入OUT单元？受哪些信号影响？
直接看时序图和数据流图：T3时刻上升沿送入OUT单位 受时钟信号、WR信号、IOM信号、R0_B信号影响
操作
4.2 CPU 与简单模型机设计实验
一、实验目的
(1） 掌握一个简单 CPU 的组成原理。
（2） 在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机。
（3） 为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。
二.实验预习
（1）实验4-2在4-1微程序控制器实验的基础上增加了三个部件，一是（PC ），另一个是（ AR ），还有就是 （MEM），因而在微指令中应增加相应的控制位，其微指令格式
如表4-2-1所示：
表 4-2-1 微指令格式
（3）对照实验指导书二进制微代码表，结合上述机器程序（IN →ADD →OUT→ JMP→HLT），写出执行机器程序时微指令下地址的变化情况（自行填写）（ ）
2.简述微指令与4-1中微指令控制位有哪些不同？
A字段增加101 控制LOAD信号，用来控制主存 和110 控制LDAR信号 控制地址寄存器AR
B字段增加110 控制 PC_B信号 控制PC输出
C字段增加101 控制LDPC信号 控制PC输入
-
实验原始记录
按照实验指导书的步骤完成操作，并填写表格。
表4-1 程序运行过程
| 机器指令 | MEM地址 | 机器 指令码 | 微指令 | |||||||
| 地址 | 下地址 | 高五位 | S3-S0 | A字段 | B 字段 | C 字 段 | MA5-MA0 | |||
| IN | 00 | 20 | 00 | 000001 | 00000 | 0000 | 000 | 000 | 000 | 000001 |
| 01 | 000011 | 00000 | 0000 | 110 | 000 | 101 | 000011 | |||
| 03 | 110010 | 00010 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |||
| 32 | 000001 | 00011 | 0000 | 011 | 000 | 000 | 000001 | |||
| ADD | 01 | 00 | 01 | 000011 | 00000 | 0000 | 110 | 000 | 101 | 000011 |
| 03 | 110000 | 00010 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |||
| 30 | 000100 | 00000 | 0000 | 001 | 010 | 000 | 000100 | |||
| 04 | 000101 | 00000 | 0000 | 010 | 010 | 000 | 000101 | |||
| 05 | 000001 | 00000 | 1001 | 011 | 001 | 000 | 000001 | |||
| OUT | 02 | 30 | 01 | 000011 | 00000 | 0000 | 110 | 000 | 101 | 000011 |
| 03 | 110011 | 00010 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |||
| 33 | 000001 | 00101 | 0000 | 000 | 010 | 000 | 000001 | |||
| JMP addr | 03 04 | E0 00 | 01 | 000011 | 00000 | 0000 | 110 | 000 | 101 | 000011 |
| 03 | 111100 | 00010 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |||
| 3C | 011101 | 00000 | 0000 | 110 | 110 | 101 | 011101 | |||
| 1D | 000001 | 00000 | 0000 | 101 | 000 | 101 | 000001 | |||
| HLT | 05 | 50 | 01 | 000011 | 00000 | 0000 | 110 | 000 | 101 | 000011 |
| 03 | 110101 | 00010 | 0000 | 111 | 000 | 001 | 110000 | |||
| 35 | 110101 | 00000 | 0000 | 000 | 000 | 000 | 110101 | |||
通过IN单元输入的值为（00100011 ），运行结束后，通过OUT单元输出的值为（01000110 ）
思考题
指导书给出的程序中，跳转到了START，即地址00，程序将循环执行前四条指令，那么能否实现停机操作？试通过改写程序代码完成停机（将机器指令列出即可，不需要实现）。
.00000000 00100000 ; START: IN R0 从 IN 单元读入数据送 R0
00000001 00000000 ; ADD R0,R0 R0 和自身相加，结果送 R0
00000010 00110000 ; OUT R0 R0 的值送 OUT 单元显示
00000011 11100000 ; JMP START 跳转至 00H 地址
00000100 00000000 ;
00000101 01010000 ; HLT
参考资料
计算机组成原理实验之微程序控制器实验_weixin_34279579的博客-CSDN博客
(1条消息) 计算机组成原理实验：微程序控制实验_微程序控制器实验_海轰Pro的博客-CSDN博客
计算机组成原理 微程序控制器实验_Long_UP-DevPress官方社区 (csdn.net)
