硬布线控制器实验：单周期与多周期CPU设计

【计算机组成原理实验】硬布线控制器实验着重于让学生理解硬布线控制器在计算机体系结构中的核心作用。实验的核心内容包括设计单周期和多周期的硬布线版本CPU，这两个版本的CPU虽然共享同样的数据通路，但区别在于控制逻辑的实现方式。硬布线控制器通过硬件直接实现指令的执行路径，而非依赖微程序进行控制，提高了执行效率。 相比于微程序控制器，硬布线版本CPU新增了JMP3指令，这种设计使得指令的取指和执行过程更为直接，如表2-10所示的CPU指令列表。单周期硬布线版本的CPU由数据通路和硬布线控制器构成，数据通路负责指令的处理，而硬布线控制器则是基于单周期的状态机模型，确保指令的精确执行流程。 在实验步骤中，学生需要首先编写机器语言源程序，并将其编译成HEX文件，然后烧录到硬布线CPU的程序存储器中。这涉及到对指令的组织和加载，例如JMP1、JMP2、JMP3等指令的处理方式不同，JMP3需要额外的地址计算步骤。实验还要求模仿之前微程序控制器实验的步骤，进行CPU的初始化、手动单步执行、自动运行以及处理断点等操作，从而深入理解硬布线控制器的工作原理和实际应用。 这个实验不仅锻炼了学生的编程和调试技能，还让他们明白了硬布线控制器与微程序控制器在性能和复杂度上的权衡，以及硬布线设计如何提升系统的实时性和稳定性。通过这个实验，学生能够深化对计算机硬件层次的理解，特别是控制器在CPU中的关键作用。