硬布线控制器设计与实现——计算机系统结构

"计算机系统结构硬布线控制器设计" 在计算机系统结构中，硬布线控制器是一种早期用于构建计算机控制逻辑的方法。它的设计目的是理解和掌握如何利用大规模可编程逻辑器件（如FPGA或PLD）来实现固定时序的控制信号产生。硬布线控制器不依赖于存储在内存中的微指令，而是直接通过硬件电路实现指令的执行流程。 设计硬布线控制器的目的主要有两个方面：首先，深入理解硬布线控制器的设计原理，包括如何通过逻辑门和触发器等基本逻辑元件构建复杂的控制信号序列。其次，学习如何在实践中运用这些原理，通过实际操作大规模可编程器件来构建控制器。 课程设计的要求通常包括必要的硬件资源，如ZYEl603B教学实验系统和PC机，以及排线等连接设备。设计过程涉及的需求分析指出，硬布线控制器最初是计算机控制部件的一种形式，主要目标是减少元件数量并提高操作速度。尽管后来被微程序控制器所取代，但随着VLSI（超大规模集成电路）技术的发展，硬布线控制器的效率和灵活性再次受到关注。 设计原理上，硬布线控制器负责控制计算机的数据通路，从取指令到指令执行结束的全过程。它产生的控制信号按预设的时间顺序控制整个模型机的运行。例如，在这个实验中，五条机器指令（IN, ADD, STA, OUT, JMP）被设计，它们的操作码和地址码有固定的格式。硬布线控制器根据这些指令产生相应的控制信号，驱动数据通路进行计算和数据传输。 设计步骤通常包括分析指令集，理解每条指令的执行流程，并将其转化为逻辑门级的电路设计。在这个过程中，学生会比较硬布线控制器与微程序控制器的差异，理解两者如何实现CPU的控制功能。实验程序通常包含一系列简单的操作，如从输入设备读取数据，执行算术运算，然后将结果输出，这有助于直观地展示不同控制方式的运作机制。 通过硬布线控制器的设计，学生不仅能够增强对计算机系统结构的理解，还能提升逻辑设计和实践操作的能力。这种实践经验对于深入学习计算机系统的工作原理至关重要，也是计算机工程和相关领域的基础训练之一。