构建简易计算机：设计指令集与程序化控制

本资源是一份关于设计指令集和构建简易计算机的教学材料，适用于6.004课程，讨论了如何构建数据路径、控制逻辑以及简单的编程系统。报告提交日期为10月22日。 在设计一组指令集来构建简易计算机的过程中，首先需要理解计算机的基本组成部分，包括数据路径和控制单元。数据路径处理计算任务，而控制单元则负责协调这些计算步骤。在案例中，计算N*(N-1)涉及到了多个操作步骤，这可以通过设计一个有限状态机来实现控制逻辑。 1. **数据路径**：在L12-InstructionSet2中提到的计算N*(N-1)的数据路径，说明了数据如何在计算过程中流动。L.E. (Loadable/Loadenable)标志指出缓存器只有在LE=1时才会装载新的值。这表明了数据读取和写入的条件控制。 2. **可程序化控制系统**（L12-InstructionSet3）：通过有限状态机的控制，使得计算机能够执行一系列预定义的步骤来完成特定任务。这种可程序化能力允许我们为不同的计算任务编写控制序列。 3. **初步程序设计**（L12-InstructionSet4）：程序设计可以视为填写表格，即在每个步骤中明确指定操作和数据流向。 4. **程序优化**（L12-InstructionSet5）：通过分析，某些程序部分可以并行计算，以提高效率。 5. **计算阶乘**（L12-InstructionSet6和L12-InstructionSet7）：展示了如何通过添加额外的逻辑电路和对控制有限状态机的输入来扩展功能，从而计算阶乘N!。这体现了可程序化系统的灵活性，可以解决不同类型的问题。 6. **可程序化引擎**（L12-InstructionSet8）：利用相同的硬件数据路径来执行不同的计算任务，强调了通用数据路径的重要性，它应能高效处理各种问题，并通过简单控制方式调整。 然而，这个简易计算机模型存在局限性，包括有限的存储空间、有限的操作集以及固定的程序。这限制了其成为通用计算器的能力，因为它不符合图灵机的理论标准，不具备无限内存、丰富的操作指令以及动态生成新程序的能力。 设计这样的指令集和简易计算机，旨在让学生了解计算机基本工作原理，以及如何通过控制逻辑和数据路径实现简单计算。这不仅涉及到计算机硬件层面，还涉及到了软件（程序）的控制层面，是计算机科学基础教育的重要组成部分。