微程序控制器实验报告-计算机组成原理

"该实验报告详细介绍了计算机组成原理中的微程序控制器实验，旨在让学生深入理解微程序控制器的工作原理，以及机器指令与微指令之间的关系。实验中使用了数据通路板、控制信号板和微程序控制板等设备，并具体展示了执行一系列指令的操作步骤，包括数据的读取、存储和运算等操作。" 在计算机组成原理中，微程序控制器是一种实现CPU控制逻辑的方法，它通过微指令来实现机器指令的执行。这个实验主要关注以下几个关键知识点： 1. **微程序控制器的工作原理**：微程序控制器的核心是微指令，它由一组控制字段组成，用于定义计算机执行每一步操作的具体动作。当CPU执行一条机器指令时，实际上是按照预设的微程序顺序执行一系列微指令。 2. **机器指令与微指令的关系**：机器指令是用户可以直接使用的高级指令，而微指令则是机器指令在硬件层面的实现基础。一条机器指令通常对应一组微指令序列，这些微指令共同完成机器指令所规定的功能。 3. **时间-空间关系**：实验强调了理解计算机工作过程中时间和空间的关系，这涉及到指令周期、时钟周期、CPU周期等概念。通过实际操作，学生可以更直观地看到数据如何在不同的寄存器和存储单元之间移动，以及这些动作是如何在时间轴上展开的。 4. **实验设备**：实验中用到了数据通路板（B板）、控制信号板（A板）和微程序控制板（C板）。这些硬件组件模拟了计算机内部的数据流动和控制信号的产生，帮助学生在实物层面上理解计算机的内部工作。 5. **实验内容**：实验详细列出了几个具体的指令操作，如STAX1、QD、LDI和AND。这些操作涵盖了数据的加载、存储、算术逻辑运算等功能，通过这些实例，学生可以学习到如何在实际操作中执行微指令序列。 例如，STAX1指令中，μAR被设置为11，将(PC)的内容传送到AR，接着PC内容加载到BUS，并通过LDAR指令进行更新。随后，通过一系列微指令操作，数据从RAM读取到DR2，经过ALU处理后再写回到AR。这一过程演示了数据的读取、计算和存储流程。 6. **控制信号**：实验中的CS（Control Signal）是控制总线上的一个信号，用来指示当前操作的状态；而其他如BUS、AR、DR2等代表不同的数据通路，如总线、地址寄存器和数据寄存器。通过控制这些信号，微指令可以精确地控制数据的流动和处理。 通过这个实验，学生不仅能够掌握微程序控制器的基本概念，还能通过实践提升对计算机硬件工作原理的理解，这对于深入学习计算机系统和进行系统级编程至关重要。