构建模型计算机：基本模型机设计与微程序实现

"组成原理——基本模型机设计与实现，主要涵盖了如何构建一台基本的模型计算机，通过五条机器指令的定义和微程序的编写，实现计算机的基本功能。实验涉及了数据通路的设计、微程序控制器的工作原理以及指令系统的应用。" 在计算机组成原理的学习中，基本模型机设计与实现是一项重要的实践环节。这个实验的目标是让学生在理解各个部件单元电路的基础上，能够将这些单元组合成一个完整的基本模型计算机。实验中，学生需要定义五条基本的机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）和JMP（无条件转移）。这些指令是计算机执行操作的基础，其中IN和ADD是单字长指令，而其他三条是双字长指令。 实验设备主要包括Dais-CMH+/CMH计算器组成原理教学实验系统，以及必要的连接线。实验分为三个阶段：首先，学生需要熟悉系统数据通路的结构，包括原理框图和实验箱的布局，同时学习如何使用仿真软件；其次，根据数据通路设计和连接硬件，编写并调试微程序；最后，修改ADD指令以实现减法操作，并进行验收，完成实验报告。 实验原理主要基于微程序控制，这意味着在部件实验中，原本需要人工模拟的控制信号现在将由微程序控制器自动产生，以实现特定指令的功能。微程序控制器通过执行微指令来控制计算机的数据通路，从而完成从取指令到指令执行结束的整个指令周期。 五条机器指令的格式和功能如下： 1. IN（0000）：从输入设备获取数据并存储到寄存器R0中。 2. ADD（0001）：对R0和地址addr指定的内存位置的数值进行加法运算，结果保存回R0。 3. STA（0010）：将寄存器R0的内容存入地址addr指定的位置。 4. OUT（0011）：将地址addr指定位置的数值输出到LED显示。 5. JMP（0100）：无条件转移到新的地址addr。 设计数据通路时，需要考虑如何高效地传递和处理这些指令涉及的数据。同时，微程序流程图指导着微指令的顺序执行，例如“取指”微指令会包含用于判断和启动指令读取的判别测试字段P。 通过这个实验，学生不仅能深入理解计算机系统的基本组成和工作原理，还能实际操作，增强动手能力，进一步巩固理论知识，这对于理解和设计更复杂的计算机系统至关重要。