模型计算机设计：计算机组成原理实践

"计算机组成原理课程设计涉及到设计一个简单的模型机，涵盖了数据格式、指令系统、数据通路、时序系统、微指令格式、微程序控制器、微程序流程图和微程序代码表等多个核心概念。" 在计算机组成原理中，模型机设计是一个实践性的学习任务，它帮助学生深入理解计算机硬件的工作原理。以下是对这些关键知识点的详细说明： 1. **数据格式**：数据格式定义了数据在计算机内部如何表示。在这个设计中，字长被设定为8位，可以是定点数，分为定点整数和定点小数。例如，定点小数的数值范围是-1到1，定点整数的范围是-128到127。数据通常包含一个符号位，其余位用来表示数值。 2. **指令系统**：指令系统是计算机能够执行的基本操作集。在这里，需要设计9条算术逻辑运算指令，2条数据存取指令，2条程序控制指令和1条输入/输出指令。指令由操作码（OP-CODE）、源寄存器（Rs）和目的寄存器（Rd）等组成。指令长度可以是单字节或双字节，操作码长度固定为4位。 3. **数据通路**：数据通路描述了计算机内部数据流动的路径，包括ALU（算术逻辑单元）、寄存器、控制信号等，用于执行指令并传输数据。 4. **时序系统**：时序系统负责控制计算机各个部件的操作顺序和时序，确保指令的正确执行。 5. **微指令格式**：微指令是构成微程序的基本单元，它定义了控制信号的产生方式。在模型机设计中，需要确定微指令的结构，以便构建微程序控制器。 6. **微程序控制器**：微程序控制器使用微指令来生成控制信号，这些信号控制计算机硬件执行指令。 7. **微程序流程图**：微程序流程图展示了微指令之间的控制流，用于描述复杂的控制逻辑。 8. **微程序代码表**：微程序代码表列出了所有微指令及其对应的机器代码，是实现控制器逻辑的关键。 设计过程中，还需要考虑不同类型的寻址方式，如直接寻址、间接寻址、R2变址寻址和相对寻址，以适应不同的指令需求。此外，还有专门的输入/输出指令，比如停机指令（HALT），用于终止计算机运行。 通过这个课程设计，学生将全面掌握计算机硬件的运作机制，从数据的表示到指令的执行，以及如何通过微程序控制计算机的运行，这将为深入学习计算机体系结构打下坚实基础。