微程序控制器设计：实现CPU指令系统

"该文档是关于计算机组成原理课程设计，主要关注CPU的设计，特别是微程序控制器的构建。设计目标是让学生理解计算机整机的概念，掌握设计与调试计算机的方法，并运用计算机原理知识设计一个完整的计算机系统。设计内容包括数据通路图的绘制和指令系统的规划，其中，微程序控制器用于生成控制信号，实现特定指令的功能。" 在此次设计中，微程序控制器扮演着核心角色，它负责控制计算机数据通路的各个部件单元，确保从内存中取出的机器指令能够正确执行直到指令周期结束。CPU的操作是通过一系列微指令组成的序列来实现的，每个机器指令都对应一段微程序。设计的指令系统具备五种寻址方式，包括累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址以及立即数寻址，这些寻址方式增强了指令系统的灵活性和功能性。 具体到24位控制位，它们各自有着特定的功能，例如： - XRD：用于从外部设备读取数据。 - EMWR和EMRD：控制程序存储器（EM）的读写操作。 - PCOE：将程序计数器（PC）的值送到地址总线（ABUS）。 - EMEN：连接EM与数据总线（DBUS），由EMWR和EMRD决定数据流向。 - IREN：将EM中的数据送入指令寄存器（IR）和微指令计数器（uPC）。 - EINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志。 - ELP：与IR的某些位结合，控制程序跳转。 - MAREN：将DBUS上的数据写入地址寄存器（MAR）。 - MAROE：将MAR的值送至ABUS。 - OUTEN：将DBUS数据送至输出端口寄存器（OUT）。 - STEN：将数据存入堆栈寄存器（ST）。 - RRD和RWR：读写寄存器组R0-R3。 - CN：控制运算器是否带进位移位。 - FEN：将标志位存入ALU的标志寄存器。 - X2、X1、X0：用于选择将数据送到DBUS上的寄存器。 这些控制位的定义使得微程序控制器能精确地控制数据流动和处理逻辑，从而实现各种计算和控制功能。通过这样的设计，学生可以深入理解计算机内部的工作原理，为未来在计算机科学领域的进一步研究打下坚实的基础。