模型机设计与实现：微程序控制器与16位ALU

"模型机结构框图展示了计算机组成原理课程设计中的核心组成部分，包括ALU、数据暂存器、寄存器堆、移位寄存器、输入输出设备以及存储器。ALU由4片74181构成，用于执行16位运算。输入设备在开关方式下通过16位电平开关和74244进行数据传输，而在键盘或联机模式下则使用键盘或串口。输出设备由LED数码管和译码驱动电路组成。存储器由两片6116构成16位存储器，采用低八位地址总线。课程设计目标是理解整机动态工作过程，设计微程序控制器和指令系统，并编写应用程序进行调试。" 在这个计算机组成原理课程设计中，学生需要掌握以下几个关键知识点： 1. **模型机结构**：模型机由ALU、数据暂存器、寄存器堆、移位寄存器、输入/输出设备和存储器等基本组件构成。这些组件共同工作，模拟计算机的运行机制。 2. **ALU（算术逻辑单元）**：ALU是计算机的核心部件，能执行基本的算术和逻辑运算。4片74181组合在一起可以实现16位运算，通过S3、S2、S1、S0和M、Cn等控制信号选择不同的运算功能。 3. **数据暂存器**：LT1和LT2由2片74273构成，用于暂时存储数据，高电平有效控制数据的接收。 4. **寄存器堆**：Ax、Bx、Cx构成寄存器堆，用于存储中间计算结果或指令。LRi控制写入，Ri-G控制输出。 5. **移位寄存器**：通过M S0 S1控制，配合ALU使用相同的控制信号。G-299作为移位寄存器的输出控制，低电平有效。 6. **输入/输出设备**：在开关方式下，16位电平开关和74244处理输入；在其他模式下，数据可通过键盘或串口线输入。输出设备使用4个LED数码管显示结果，D-G和W/R低电平时数据被送入数码管。 7. **存储器**：由两片6116芯片组成16位存储器，地址总线使用低八位，CE为片选信号，WE用于读写控制。 8. **控制信号**：如CE（片选）、WE（读写）、LAR（地址寄存器锁存）、LOAD（程序计数器置数）、LPC（程序计数器时钟）、LDIR（指令寄存器锁存）等控制信号是系统协调运作的关键。 9. **设计内容**：设计内容包括指令系统、微程序编写、实验接线以及编写应用程序。学生需设计至少8条指令，涵盖不同寻址方式，并实现特定功能，如计算两个十进制数之和，求负数补码，统计奇偶数等。 10. **报告要求**：报告应手写，包含设计目的、器材、要求、模型机结构、指令编码、微程序、应用程序、接线图、调试、结果分析和总结等内容。 这个课程设计旨在让学生深入理解计算机内部运作原理，通过实际操作来构建和调试模型机，进一步提升对微程序控制器设计和指令系统构建的理解。