首先說明一下，我這部分的實驗結果、思考和分析都是自己搜了搜資料自己寫的，不能保證正確性，如果哪里有問題還望大家多多指正

電路圖：

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報告：

實驗4微程序控制器實驗
4.1實驗目的
（1）掌握微程序控制器的組成原理和工作過程。
（2）理解微指令和微程序的概念，理解微指令與指令的區別和聯系。
（3）掌握指令操作碼與控制存儲器中微程序的對應方法，熟悉根據指令操作碼從控制存儲器中讀出微程序的過程。
4.2實驗要求
（1）做好實驗預習，讀懂實驗電路圖，熟悉實驗元器件的功能特性和使用方法。
（2）按照實驗內容與步驟的要求，獨立思考，認真仔細地完成實驗。
（3）寫出實驗報告。
4.3實驗原理
圖4.1為實驗電路圖，其中3片EPROM2716構成控制存儲器，1片74LS175為微地址寄存器，與74LS175數據輸入引腳相連的輸入信號線及6個門電路構成了地址轉移邏輯。注意，2716輸出信號中帶后“#”的信號為低電平有效信號，不帶后綴“#”的信號為高電平有效信號。為簡化電路結構，本實驗沒有使用微命令寄存器，并且在虛擬實驗系統中，將3片EPROM組合為一個虛擬EPROM組件。本實驗使用的EPROM和時序發生器一樣，均為虛擬實驗系統提供的虛擬組件。

圖4.1微程序控制器電路
實驗電路中涉及的主要控制信號如下：
（1）：2716芯片的片選信號。為0時2716正常工作，實驗中將其接地，恒置為0。
（2）：2716讀信號。=0，=0時為讀操作，實驗中將其接地，恒置為0。
（3）：芯片74LS175的清零信號，低電平有效。
（4）T1：微地址加載信號，在T1的上升沿將微地址鎖存到74LS175。
（5）IR5~IR7：指令操作碼的輸入信號，這幾條信號線本應與指令寄存器的輸出引腳相連，但在本實驗中，與數據開關相連，指令操作碼通過數據開關手動設置。
（6）：PC的置數信號，為0時PC工作在置數模式，可在此模式下為PC設置初值。
（7）LDR0：R0的數據載入信號，為1時將數據存入R0。
（8）LDIR：IR的加載信號，為1時將指令鎖存到IR。
（9）LDPC：PC的加載信號，為1時執行清零、置數或計數操作。
（10）：PC輸出三態門使能信號，為0時將PC的值輸出到總線。
（11）：R0芯片的輸出控制信號，為0時將R0中的數據輸出到總線。
在存儲邏輯型計算機中，一條機器指令對應了一個微程序，不同的機器指令對應了不同
的微程序，執行一條指令其實就是運行其對應的一個微程序，微程序由微指令組成，是微指令的有序集合。微程序是在設計一臺計算機時就預先設計好并且固化在只讀存儲器中的，以后每當要執行某條指令時，只需找到并運行其對應的微程序。
控制存儲器專門用于存放微程序，在本實驗中，控制存儲器由3片EPROM2716組成，為了減少連線的復雜度，虛擬實驗系統把三片EPROM2716集成到一片芯片上，因此，本實驗所用到的是EPROM2716×3(2K×24位)，其中地址輸入引腳為A10_{A0，實驗中僅用到A3}A0，高7位地線A4_{A10接地，實際存儲容量為16×3字節。Q0}Q23這24個輸出引腳與24位的微指令相對應。
微指格式如表4-1所示，采用全水平型，字長24位，其中操作控制字段19位，全部采
用直接表示法，不使用譯碼器，每一位表示一個微命令，用于發出全機的操作控制信號：順序控制字段5位，包括后續微地址μA3~μA0和判別位P1，用于決定下一條微指令的地址。

地址轉移邏輯電路用于產生下一條微指令的地址，主要由兩級與門、或門構成。地址轉移邏需要用到的數據信號有：后續微地址μA3_{μA0、判別位P1、指令操作碼IR7}IR5。當判別位P1=0時，下一條微指的地址即為后續微地址μA3_{μA0；當判別位P1=1時，下一條微指令的地址由指令操作碼IR7}IR5決定，一般是將操作碼進行簡單變換，把變換后的值作為下一條微指令的地址，此地址就是該操作碼對應的微程序的入口地址。
微地址寄存器74LS175為控制存儲器提供微指令地址，當=0時，微地址寄存器清零，從控制存儲器00H地址開始執行微程序，地址轉移邏輯生成下一條微指令的地址。此后，每當T1上升沿到來時，新的微指令地址會打入微地址寄存器，控制存儲器隨即輸出這條微指令，地址轉移邏輯繼而生成下一條微指令的地址。如果時序信號連續發生，微指令也會按一定的順序接連輸出。
為了教學簡單明了，本實驗僅用到四條機器指令：IN(輸入)、ADD(加法)、STA(存數)、JMP(無條件轉移)，操作碼分別為000、001、010、011，指令格式如表4-1所示。

上述四條指的微程序流程設計如圖4.2所示，其中一個方框就對應一條微指令，方框右
上角的數字為八進制表示的微地址。一個方框也表示一個CPU周期，執行一條微指令需要一個CPU周期。四條指令對應四個微程序，每個微程序包括N條微指令，需要執行N個CPU周期。
圖4.2中的每條微指令都按照表4-1的格式編寫了二進制代碼,并預存在控制存儲器芯片 EPROM22716×3中。其中部分微指令二進制代碼如表4-3所示，注意：微地址用八進制表示。

圖4.2 微程序流程圖
4.4實驗內容與步驟
1.運行虛擬實驗系統，按照圖4.1繪制實驗電路，生成如圖4.3所示電路。
2.電路預設置：將EPROM2716芯片、、A4、A5引腳置0，微地址寄存器74LS175的置0，時序發生器的Step置1。
3.打開電源。此時由于=0，微地址寄存器清零，給出微程序入口地址00H，控制存儲器隨之輸出第00號微指令。
4.將設置為1，否則微地址寄存器會一直處于清零狀態。
5.將IR7~IR5均設置為0，思考并回答問題：若此時連續不斷地發出時序信號，微程序的執行流程是怎樣的？請按順序寫出前10條微指令的地址。

圖4.3 控制器虛擬實驗電路
6.連續單擊Start按鈕，觀察微指令的輸出順序，檢驗控制存儲器輸出的微指令是否與表4-3中的相符，驗證上一步預測的順序是否正確。
7.設置IR7~IR5的不同組合，用單步方式分別讀出ADD、STA和JMP三條指令的微程序，用后續微地址和判別指示燈跟蹤微程序執行及轉移情況，將表4-3中缺少的微程序代碼補充完整。
8.思考并回答問題：若不改變控制器實驗電路，IN、ADD、STA和JMP四條指令的微程序在控制存儲器中的存放位置是否可以隨意安排？有什么限制？為什么？
4.5實驗結果
本實驗需要記錄的結果是回答4.4節實驗內容與步驟中，第5、7、8步提出的問題：
5.若此時連續不斷地發出時序信號，微程序的執行流程是怎樣的？
答：此時連續不斷地發出時序信號，由于IR7~IR5的選擇始終為000，所以在選擇機器指令的時候始終都是IN，運行結束后會回到02地址處的指令重新開始，如此循環。
前十條微指令的地址為（八進制）
00->01->02->03->10->02->03->10->02->03
7. 將表4-3補充完整。
8. 若不改變控制器實驗電路，IN、ADD、STA和JMP四條指令的微程序在控制存儲器中的存放位置是否可以隨意安排？有什么限制？為什么？
答：一系列微指令的有序集合稱為微程序。四條指令各自代表的微程序的存放位置必須為順序結果，即代表的一系列微指令有序集合在必須控制存儲器中為順序存儲。由于控制存儲器是只讀存儲器，所以在不改變實驗電路的情況下，微程序在控制存儲器中的存放位置是固定的，不能隨意安排。微程序是由微指令組成的，用于描述機器指令，微程序實際上是機器指令的實時解釋器，是由計算機的設計者事先編制好并存放在控制存儲器中的，一般不提供給用戶。
4.6思考與分析
1.微程序控制器主要由哪些部件組成？各部件的功能是什么？
微型計算機硬件一般由微處理器、內存儲器、外存儲器、系統總線、接口電路、輸入/輸出設備等部件組成。
主要組成部件的功能和特點分析如下：
(1)微處理器：是微型計算機的核心部件，由運算單元ALU、控制單元、寄存器組以及總線接口部件等組成，其功能是負責統一協調、管理和控制系統中的各個部件有機地工作。
(2)內存儲器：用來存放計算機工作過程中需要的操作數據和程序。可分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM。RAM存放當前參與運行的各種程序和數據，特點是信息可讀可寫，存取方便，但信息斷電后會丟失；ROM用于存放各種固定的程序和數據，特點是信息固定不變，關機后原存儲的信息不會丟失。
(3)系統總線：是CPU與其它部件之間傳送數據、地址和控制信息的公共通道。可分成數據總線DB、地址總線AB、控制總線CB。
(4)輸入/輸出接口電路：完成微型計算機與外部設備之間的信息交換。由寄存器組、專用存儲器和控制電路等組成。
(5)主機板：由CPU插座、芯片組、內存插槽、系統BIOS、CMOS、總線擴展槽、串行/并行接口、各種跳線和一些輔助電路等硬件組成。
(6)外存儲器：使用最多的是磁盤存儲器(軟盤、硬盤)和光盤存儲器。外存儲器容量大，保存的信息不會丟失。
(7)輸入/輸入設備：是微型計算機系統與外部進行通信聯系的主要裝置。常用的有鍵盤、鼠標、顯示器、打印機和掃描儀等。

2.本實驗中，地址轉移邏輯電路是怎樣利用判別測試字段（P字段）實現微程序分支的？
當微程序出現分支時，需要通過判別測試字段P和執行部件的“狀態條件”反饋信息，進而修改微地址寄存器的內容，此任務由地址轉移邏輯完成。測試字段P相當于一個開關，只有當P為1的時候狀態信息才能夠通過線路影響到下一個指令的地址，否則狀態信息經過與門后都會變為0，無法起作用。

3.如果把微程序控制器看作一個黑盒子，那么它的輸入信號有哪些？這些信號是哪些部件提供給它的？它的輸出信號有哪些？這些信號是發送給哪些部件的？
輸入信號是微程序的地址，信號是由IR和PSW提供的。輸出信號是微命令，這些信號發給存儲器和運算器。

總結

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