微程序控制器设计实验详解

"实验四 微程序控制器设计实验 - 计算机组成原理课程设计报告" 在计算机系统中，微程序控制器是一种实现指令执行的方法，它通过微指令来控制计算机的各个部件。在这个实验中，重点是理解并设计微程序控制器的时序产生器以及微指令与机器指令之间的关系。 一、实验目的： 1. 掌握时序产生器的组成原理：时序产生器是控制器的重要组成部分，它负责生成控制计算机操作的定时信号。在实验四中，学生需要理解时序发生器如何通过GAL22V10芯片产生T1-T4和W1-W4等间隔的时序信号。这些信号定义了微指令周期和机器指令的执行步驟。 2. 掌握微程序控制器的组成原理：微程序控制器基于微指令执行操作，其中微指令是一系列控制信号的集合，用于执行特定的机器指令。学生需要理解微程序是如何存储在控制存储器中，并通过时序信号被读取和执行的。 3. 深化理解微指令与机器指令的关系：微指令与机器指令之间的关系在于，一组微指令对应于一条机器指令的执行过程。微指令控制了CPU的内部操作，而机器指令则是程序员直接编写和理解的高级指令。 二、实验电路： 实验使用TEC-4计算机组成原理实验系统，该系统中的时序电路由两片GAL22V10芯片构成，产生T1-T4和W1-W4信号。其中，W1-W4的每个循环代表一个微指令周期，而T1-T4的完整循环则完成一条机器指令的执行。实验不涉及硬联线控制器，只使用T1-T4时序信号。 实验中，TIMER1芯片负责生成时序信号，其输入包括1MHz的晶体振荡器信号MF，复位信号CLR（低电平有效），以及启动信号QD。TJ信号用于停机，当TJ=1时，时序发生器停止发送时序脉冲。此外，QD1和QD2用于同步启动操作，ACT和QDR标记启动和运行状态，而DP开关则用于单拍运行模式，允许学生观察单条微指令的执行过程。 通过这个实验，学生不仅能了解微程序控制器的运作机制，还能动手实践，设计和调试相关的时序电路，从而加深对计算机内部工作原理的理解。这样的实践对于培养学生的逻辑思维和问题解决能力至关重要。