计算机组成原理课程设计：基本模型机的构建与控制器设计

"这篇文档是关于兰州理工大学计算机与通信学院2009年春季学期的计算机组成原理课程设计，主题是基本模型机的设计。学生通过设计一个简单的计算机系统，包括运算器、存储器、控制器和输入输出系统，来理解和掌握计算机硬件的工作原理，特别是控制器的设计。" 在这次课程设计中，学生需要完成以下关键任务： 1. **系统方案设计**：依据任务需求，设计整个计算机系统的架构，考虑其各个组成部分如何协同工作。 2. **存储系统**：采用模型机的存储模块，需要详细阐述存储器的输入输出时序以及模块间的连接方式。存储系统是计算机中存放指令和数据的地方，时序设计确保数据正确存取。 3. **运算器**：构建一个16位的运算器，利用模型机提供的器件实现片间串行进位的算术逻辑运算功能。运算器是计算机执行算术和逻辑操作的核心部件。 4. **微程序控制器**：利用教学机的系统设计微程序控制器。微程序控制器通过预定义的微指令集控制计算机的操作，简化了硬件设计。 5. **指令系统设计**：设计模型机的指令集，包括微指令格式、微程序流程图，并为每条指令分配相应的微程序。指令系统是计算机能理解和执行的命令集合，是软件和硬件之间的桥梁。 文档详细讨论了以下几个方面： - **模型机设计概述**：明确了设计的目标、任务、原理和所需的实验设备，强调了控制器设计的重要性。 - **模型机总体设计**：详细介绍了模型机的逻辑结构，包括运算器、存储系统、指令系统、微程序控制器和输入输出模块的设计思路。 - **运算器详细设计**：讲解了74LS181芯片的功能，如何构建多功能ALU，以及具体的运算器设计方案。 - **微程序设计与实现**：阐述了微程序的设计流程、微指令格式设计，以及二进制微代码的制定。 - **系统调试与运行报告**：描述了调试环境的搭建，如DVCC实验箱的连线，以及在调试过程中遇到的问题和解决方案，还有指令执行的过程。 通过这样的课程设计，学生不仅深化了对计算机系统原理的理解，也锻炼了解决实际问题的能力，为后续的专业学习和实践打下了坚实的基础。此外，这个设计过程也强调了理论与实践相结合，促进了学生的逻辑思维和程序设计思想的建立。