计组课程设计：基本模型机的微程序控制器与指令实现

"计组课设1 - 西安电子科技大学计算机组织与体系结构课程设计，学生张帅豪，实验涉及设计指令、配置RAM和ROM，以及微程序控制器的设计与微指令编码" 一、实验目的 本次实验的主要目标是让学生深入理解计算机基本模型的功能和组成，包括如何设计和实现计算机的典型指令执行流程。通过定义五条机器指令并编写对应的微程序，学生可以掌握微程序控制器的设计技术，以及如何配置LPM_ROM。此外，实验旨在培养学生的系统构建能力，将单个电路单元组成一个完整的基本模型计算机，并通过上机调试增强对计算机整体概念的理解。最后，实验还要求学生掌握微程序设计方法，编写二进制微指令代码表，以及全面了解微程序控制方式的计算机设计。 二、实验原理 实验原理主要围绕微过程控制下的计算机工作原理展开。与部件实验不同，本实验中的控制信号不再人为模拟，而是由微过程控制器自动生成，以实现特定功能。数据通路的控制由微过程控制器完成，每条机器指令对应一个微程序，由一系列微指令组成，完成从取指令到指令执行结束的整个指令周期。24位微代码被用来定义各种操作，包括控制信号、地址字段和数据字段的选择。 三、数据通路框图与微代码定义 实验中的数据通路框图包含了CPU的关键组成部分，如ALU、寄存器、控制信号等。尽管基本模型机没有R1和R2寄存器，但在实际电路中它们仍然存在。24位微代码定义了各种操作，例如，A、B、C字段分别用于选择不同的操作，如加载寄存器、算术运算、数据传送等。表1-2详细解释了这些字段的功能，如LDRi用于从内存加载数据到寄存器，RS-B用于寄存器之间的数据比较，而LDDR1和LDDR2则用于双字节数据的加载。 四、实验步骤 1. 设计指令：根据ALU的功能，确定需要实现的指令集，并绘制微程序流程图。 2. 修改配置：根据设计的指令，修改示例中的RAM和ROM配置以存储微程序和指令。 3. 微程序设计：编写对应于每条机器指令的微指令序列，形成微程序。 4. 实现电路：利用所学的单元电路知识，构建数据通路和微过程控制器。 5. 编程与调试：在模拟环境中编写和测试微程序，确保其能正确执行设计的指令。 6. 分析与总结：分析实验结果，讨论可能遇到的问题和解决方案，对实验进行总结。 通过这个实验，学生不仅能够深化对计算机体系结构的理解，还能提高实际操作和问题解决的能力，为将来在IT领域的深入学习和研究打下坚实的基础。