硬连线控制器设计：基于TEC-4的计算机组成原理课程实践

"本次课程设计主要关注硬布线控制器的设计，目标是理解并实现一个基于ispLSI1032芯片的控制器，该控制器能够处理包括基本指令和中断在内的多种计算机指令。实验旨在深化学生对计算机系统各组件原理及其相互作用的理解，特别是硬连线控制器的功能。此外，学生还需要掌握使用ISP技术进行设计、调试的技能，以及相关集成开发软件的使用。实验设备包括TEC-4计算机组成原理实验系统、示波器、逻辑测试笔、ispLSI1032芯片以及Lattice公司的IspExpert设计软件。设计要求中，控制器需支持五条控制台指令和九条机器指令，包括加法、减法、乘法、逻辑运算、存储、跳跃、条件判断、停止以及中断处理。实验中，学生还会接触到时序信号发生器，如MF、T1-T4、W1-W4信号，以及DB、DP、DZ等控制信号，这些信号在控制器的节拍管理中起到关键作用。微操作控制信号如C、ALU_BUS、LDDR1/2、WRD、RS_BUS#和LDER等，这些信号在指令执行过程中起到关键作用，控制着数据的传输、运算、存储和读取。" 在这个课程设计中，硬布线控制器是核心，它是一种预先设定好控制信号路径的控制器，不依赖微程序。硬连线控制器通常效率高但灵活性较差，适合于指令集较为简单的系统。ispLSI1032芯片作为控制器的基础，其内部逻辑被编程来产生正确的控制信号，以驱动整个计算机系统的各个部分。通过实验，学生可以学习如何利用这个芯片实现特定的指令集。 实验的准备工作涉及到时序信号的生成，如MF信号（1MHz的晶体振荡器）产生T1至T4和W1至W4的时序信号，这些信号对于控制器的同步至关重要。DB和DP信号则提供了单拍和单步工作模式，方便观察和调试。SKIP信号允许跳过当前节拍直接进入W4节拍，这对于快速响应特定条件非常有用。 微操作控制信号表格列举了若干关键信号的作用和生效条件，如C信号在加法或减法运算时指示进位情况，ALU_BUS允许运算结果送至数据总线，LDDR1和LDDR2控制数据在寄存器堆和数据总线之间的传输，WRD用于控制双端口寄存器堆的写操作，RS_BUS#决定RF中的数据是否可以送到数据总线上，而LDER则用于从数据总线上装载数据。 这次课程设计涵盖了计算机组成原理中的关键概念，如指令执行、控制器设计、时序控制以及微操作控制，旨在通过实践提高学生的理论理解和工程技能。