硬布线控制器设计与调试——计算机组成原理课程实践

"该资源是华南理工大学计算机组成原理课程设计的一部分，主要涉及硬布线控制器的设计与实现。硬布线控制器是一种不依赖微程序控制的简单控制器，它通过逻辑门电路直接实现指令的解码和控制信号的生成。在这个设计中，硬布线控制器用于处理无中断的计算机操作。" 在计算机组成原理中，硬布线控制器是一种关键组件，它直接由逻辑门电路构成，不使用存储微指令的控制存储器。硬布线控制器的设计通常包括以下几个步骤： 1. **指令集分析**：首先，需要理解计算机所使用的指令集，包括每条指令的操作和它对控制信号的要求。 2. **指令解码**：根据指令集，设计解码电路来识别输入的指令，并生成相应的控制信号。例如，`IR4, IR5, IR6, IR7PIN12..15` 表示输入的指令寄存器，它们被用来解码当前执行的指令。 3. **控制信号生成**：硬布线控制器会根据解码结果生成控制信号，如`LDIR, LDPC, PC_ADD, M4, LDAR1, AR1_INC, CEL, LRW, LDR, SW_BUS, RS_BUS, WRD, TJ, SKIP`等，这些信号对应着加载、跳转、数据处理等操作。 4. **状态机设计**：为了管理指令的执行顺序，通常会设计一个简单的状态机，如`RUN, ST0NODE`在这里表示运行和状态0。状态机的状态转换受到控制信号的影响，如`RUN.CLK=MF1`表示在时钟脉冲到来时，如果`MF1`为1，则进入运行状态。 5. **逻辑表达式定义**：每个控制信号的生成都是通过布尔逻辑表达式完成的，如`LDIR=ST0&!SWC&!SWB&!SWA&W1`。这些表达式定义了在何种条件下启动LDIR（加载直接寻址寄存器）操作。 6. **寄存器操作**：`AR1_INC, M3, CEL, LRWPIN35..39`涉及地址寄存器AR1的增量、内存地址M3的处理以及读写控制。`LDAR1, AR1_INC`表示在特定条件下加载新的地址到AR1并可能进行自增。 7. **数据通路设计**：`RS_BUS, SW_BUS, ALU_BUS`等表示数据在处理器内部的流动路径，如`LDDR1, S2, S1, S0, ALU_BUS`将数据加载到ALU进行运算。 8. **跳转和条件判断**：`TJ, SKIPPIN69, 70`是跳转和条件判断相关的控制信号，它们控制程序流的方向，如在满足特定条件时执行跳转指令。 9. **时钟同步**：`.C.`表示时钟信号，所有的操作都必须在时钟的上升沿或下降沿进行，确保正确同步。 通过以上步骤，硬布线控制器能根据接收到的指令，生成一系列控制信号，驱动CPU内部的各个部件协同工作，执行指定的操作。这个设计中，硬布线控制器没有中断功能，意味着它不能处理外部中断请求，这使得设计更简洁，但同时也减少了系统的灵活性。