电路图：
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报告：
实验4微程序控制器实验 4.1实验目的 (1)掌握微程序控制器的组成原理和工作过程。 (2)理解微指令和微程序的概念，理解微指令和指令的区别和联系。 (3)掌握指令操作码与控制存储器中微程序的对应方法，熟悉从控制存储器中读取微程序的过程。 4.2实验要求 (1)做好实验预习，阅读实验电路图，熟悉实验元件的功能特性和使用方法。 (2)根据实验内容和步骤的要求，独立思考，认真完成实验。 (3)写实验报告。 4.3实验原理 图4.一是实验电路图，其中3片EPROM2716构成控制存储器，1片74LS175是微地址寄存器和74LS175数据输入引脚相连的输入信号线及6个门电路构成了地址转移逻辑。请注意，2716输出信号中的#信号为低电平有效信号，无后缀#信号为高电平有效信号。为了简化电路结构，本实验没有使用微命令寄存器，并在虚拟实验系统中使用三片EPROM组合为虚拟EPROM组件。本实验使用的EPROM虚拟实验系统提供的虚拟组件与时序发生器一样。
图4.1微程序控制器电路 实验电路中涉及的主要控制信号如下： (1):2716芯片的片选信号。0时2716正常工作，实验中接地，恒定为0。 (2):2716读取信号。=0，=0时是读操作，实验中接地，恒定为0。 （3）：芯片74LS175清零信号，低电平有效。 （4）T1:在微地址加载信号T上升沿着微地址锁定到74LS175。 （5）IR5~IR7:指令操作码的输入信号应与指令寄存器的输出引脚相连，但在本实验中，通过数据开关手动设置指令操作码。 （6）：PC0时的置数信号PC工作在置数模式下PC设置初值。 （7）LDR0：R0数据载入信号，1点存储数据R0。 （8）LDIR：IR加载信号将指令锁定指令IR。 （9）LDPC：PC加载信号为清零、置数或计数操作。 （10）：PC输出三态门使能信号，0号PC值输出到总线。 （11）：R0芯片输出控制信号，0点R0中的数据输出到总线。 在存储逻辑计算机中，机器指令对应微程序，不同的机器指令对应不同 对于微程序，执行指令实际上是操作相应的微程序。微程序由微指令组成，是微指令的有序集合。微程序是在设计计算机时预先设计并固化在只读存储器中的。以后，每当你想执行一个指令时，你只需要找到并操作相应的微程序。 控制存储器专门用于存储微程序。在本实验中，控制存储器由三片组成EPROM为了降低连接的复杂性，虚拟实验系统将三片组成EPROM2716集成在芯片上，所以本实验使用EPROM2716×3(2K×24位)，地址输入引脚为A10A仅用于实验A3A0，高7位地线A4A10接地，实际存储容量为16×3字节。Q0Q23这24个输出引脚与24位的微指令相对应。 微指格式如表4-1所示，采用全水平型，字长24位，其中操作控制字段19位，全部采用 在不使用译码器的情况下，使用直接表示法，每个人都表示一个微命令，用于发整机的操作控制信号：序列控制字段5位，包括后续的微地址μA3~μA0和判别位P1.决定下一个微指令的地址。 
地址转移逻辑电路用于生成下一个微指令的地址，主要由两级和门或门组成。地址转移逻辑所需的数据信号包括：后续的微地址μA3μA0、判别位P1.指令操作码IR7IR5。当判别位P1=0时，下一个微指的地址是后续的微地址μA3μA0；当判别位P1=下一个微指令的地址由指令操作代码IR7IR5.一般来说，操作代码是简单的变换，变换值是下一个微指令的地址。该地址是操作代码对应的微程序的入口地址。 74微地址寄存器LS当175为控制存储器提供微指令地址时=0时，从控制存储器00开始，微地址寄存器被清除H地址开始执行微程序，地址转移逻辑生成下一个微指令的地址。此后，每当T当1上升时，新的微指令地址将输入微地址寄存器，控制存储器立即输出微指令，然后生成下一个微指令地址。若时序信号连续发生，微指令也会按一定顺序连续输出。 本实验只使用了四个机器指令：IN(输入)、ADD(加法)、STA(存数)、JMP(无条件转移)，操作码分别为000、001、010、011，指令格式如表4-1所示。
上述四条指的微程序流程设计如图4所示.2.其中一个方框对应一个微指令，方框右侧 上角的数字是八进制表示的微地址。一个方框也表示一个CPU执行一个微指令需要一个周期CPU周期。四个指令对应四个微程序，每个微程序包括N个微指令，需要执行N个CPU周期。 图4.二进制代码按表4-1的格式编写，并预存控制存储芯片 EPROM22716×3.其中一些微指令二进制代码如表4-3所示，注：微地址用八进制表示。
图4.2 微程序流程图 4.4实验内容和步骤 1.按图4运行虚拟实验系统.1绘制实验电路，生成图4.3所示电路。 2.电路预设：将EPROM2716芯片、、A4、A5引脚置0，微地址寄存器74LS时序发生器，时序发生器Step置1。 3.打开电源。此时，因为=0.清除微地址寄存器，给出微程序入口地址00H，控制存储器输出第00号微指令。 4.将其设置为1，否则微地址寄存器将始终处于零状态。 5.将IR7~IR5设置为0，思考和回答问题：如果此时连续发送时间序列信号，微程序的执行过程是什么？请按顺序写下前10个微指令的地址。
图4.3 虚拟实验电路控制器 6.连续单击Start按钮，观察微指令的输出顺序，检查控制存储器输出的微指令是否与表4-3中一致，验证上一步预测的顺序是否正确。 7.设置IR7~IR5的不同组合，单步读取ADD、STA和JMP用后续的微地址和判别指示灯跟踪微程序执行和转移三个指全补充表4-3中缺失的微程序代码。 8.思考并回答问题:如果控制器实验电路没有改变，IN、ADD、STA和JMP控制存储器中存储位置的四个指令微程序可以随意安排吗？限制是什么？为什么？ 4.5实验结果 本实验需要记录的结果是答案4.第5、7、8步提出的问题： 5.如果此时不断发出时序信号，微程序的执行过程是什么？ 答:此时，时序信号不断发出，因为IR7~IR5的选择总是000，所以在选择机器指令时总是IN，操作结束后，将回到02地址的指令重新开始。 前十条微指令的地址为(八进制) 00->01->02->03->10->02->03->10->02->03 7. 完全补充表4-3。 8. 若不改变控制器实验电路，IN、ADD、STA和JMP控制存储器中存储位置的四个指令微程序可以随意安排吗？限制是什么？为什么？ 答:一系列微指令的有序集合称为微程序。四个指令代表的微程序的存储位置必须是顺序结果，即一系列代表的微指令有序地集合在必须控制的存储器中。由于控制存储器只读取存储器，微程序在控制存储器中的存储位置是固定的，不能随意安排，而不改变实验电路。微程序由微指令组成，用于描述机器指令。微程序实际上是机器指令的实时解释器，由计算机设计师提前准备并存储在控制存储器中，通常不提供给用户。 4.6思考与分析 1.微程序控制器主要由哪些部件组成？各部件的功能是什么？ 微型计算机硬件一般由微处理器、内存储器、外存储器、系统总线、接口电路、输入/输出设备等组成。 主要部件的功能和特点分析如下： (1)微处理器:由运算单元组成的微计算机的核心部件ALU、控制单元、寄存器组以及总线接口部件等组成，其功能是负责统一协调、管理和控制系统中的各个部件有机地工作。 (2)内存：用于存储计算机工作过程中所需的操作数据和程序。可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。RAM存储当前参与运行的各种程序和数据，其特点是信息可读可写，访问方便，但信息断电后会丢失；ROM存储各种固定程序和数据的特点是信息固定不变，关闭后存储的原始信息不会丢失。 (3)系统总线:是的CPU将数据、地址和控制信息传输到其他部件之间的公共通道。可分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB。 (4)输入/输出接口电路:完成微型计算机与外部设备之间的信息交换。由寄存器组、专用存储器和控制电路组成。 (5)主机板:由CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、硬件组成，如总线扩展槽、串行/并行接口、各种跳线和一些辅助电路。 (6)外部存储器:磁盘存储器(软盘、硬盘)和光盘存储器使用最多。外部存储容量大，保存的信息不会丢失。 (7)输入/输入设备:是微型计算机系统与外部通信的主要设备。常用的有键盘、鼠标、显示器、打印机和扫描仪。
2.在本实验中，如何使用地址转移逻辑电路来判断测试字段？（P实现微程序分支的字段)？ 当微程序出现分支时，需要通过识别测试字段P和执行部件的状态条件信息，然后修改微地址寄存器的内容。该任务由地址转移逻辑完成。测试字段P相当于一个开关。只有当P为1时，状态信息才能通过线影响下一个指令的地址，否则状态信息将在门后变为0，无法工作。
3.如果将微程序控制器视为黑盒，则其输入信号哪些？这些信号是哪些部件提供给它的？它的输出信号有哪些？这些信号是发送给哪些部件的？ 输入信号是微程序的地址，信号是由IR和PSW提供的。输出信号是微命令，这些信号发给存储器和运算器。