基于微程序控制器的简单计算机系统设计——Quartus II 实验

"实验环境-中高层大气测风激光雷达数据采集系统" 实验环境涉及的是一个计算机科学与技术专业课程设计的项目，主题是基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现。这个实验由华中科技大学的学生朱胜本完成，指导教师包括王晓兰、吴菲、周建国和孙百勇。实验中使用的硬件平台是JZYL—Ⅱ型计算机组成原理实验台，而开发工具选择了Quartus 6.1，这是一个由Altera公司提供的FPGA（Field-Programmable Gate Array）和HardCopy器件设计软件。 Quartus 6.1是一个强大的设计工具，支持FPGA和固定功能硬件的统一设计流程，提供了丰富的标准器件库，便于进行电路设计、功能仿真以及将设计下载到FPGA中进行实际运行。在该实验中，学生需要设计并实现一个基于微程序的简单计算机系统，这涵盖了从需求分析、硬件设计（包括运算器ALU、存储器MEM、地址计数器PC、指令寄存器及控存、时序逻辑电路等部分）到软件设计（包括机器指令设计和微程序设计）的全过程。 在硬件设计方面，学生需要选择适当的芯片，并绘制硬件原理图，确保运算通路、PC及AR部分、存储通路、控存电路、时序逻辑电路、周期产生电路以及其他附加电路的正确性和功能完整性。同时，在软件实现阶段，学生需要设计机器指令系统和微指令，明确指令格式，定义控制点及其逻辑表达式，并编写微程序。 在实验过程中，学生需要按照预设的时间安排，通过甘特图跟踪实验进度。实验技巧包括检测硬件、连接芯片、调试数据通路、编写主控存、下载时序电路部分、单步和连续执行指令，以及对整个系统进行完整的测试。在实验过程中可能会遇到问题，如QUARTUS软件中的74系列芯片模型与指导书上的不一致，这些问题需要通过研究和解决来保证实验的成功。 整个课程设计旨在提高学生的实践能力，让他们理解计算机系统的内部工作原理，掌握微程序控制技术，以及熟练运用FPGA设计工具。通过这样的实践，学生不仅能够深化理论知识，还能锻炼其问题解决和团队协作的能力。