基于计算机原理的八位复杂模型机设计与实现

本篇实验报告主要针对计算机组成原理课程中的一个设计项目——复杂模型机的设计。学生需在计科1104班，由徐曼和刘伟共同完成，指导教师为牟琦教授。实验的核心目标是让学生综合运用所学计算机原理知识，包括设计微程序控制器、微地址转移电路、微程序流程图以及详细的说明书，构建一个具备八位字长、微程序控制的模拟计算机。 设计的具体任务包括以下几个关键部分： 1. **设计目的**：通过这个项目，学生旨在建立起对完整计算机系统的清晰理解，掌握设计和调试计算机的基本方法，并培养严谨的科研态度和独立解决问题的能力。 2. **设计任务**： - **硬件设计**：设计一个字长为八位的微程序控制器来控制模拟计算机，这涉及逻辑原理电路图和微地址转移电路的制作。 - **指令系统**：设计一个指令集，至少包含七条算术逻辑指令、四条访问内存和控制指令、两条输入输出指令，以及一条其他指令，满足给定的指令系统规格。 - **文档编写**：编写详细的说明书，解释设计过程和实现细节。 3. **设计指标**：规定的参数如字长、时钟频率、内存容量和指令数量都有明确要求，确保了设计的规范性。 4. **实验类型**：这是一个设计型实验，强调理论知识的实际应用和创新。 5. **实验设备**：学生将使用CM++试验仪和集成电路芯片及排线等硬件进行实验。 6. **数据格式**：模型机采用定点整数补码表示，字长为8位，具有符号位和特定数值范围。 7. **指令设计**：算术逻辑指令、访问指令（如STA和LDA）、转移指令（JMP和BZC）等都有具体的格式和寻址方式，例如寄存器直接寻址和变址寻址。 这个实验涵盖了计算机硬件设计的多个层面，从底层的微程序设计到指令集和数据结构的规划，都是对学生理论知识深度理解和实践技能的全面考察。通过这次实验，学生不仅能够巩固和应用所学的计算机原理知识，还能提升问题解决和团队协作的能力。