计算机组成原理：数据通路逻辑框图设计与实现

"这篇文档是关于武汉理工大学计算机组成原理课程设计的一个项目，主要涉及数据通路逻辑框图的设计。学生需要根据课程要求，设计并实现一个基本模型机的数据通路，包括理解微控制器结构，编写微程序，调试机器指令，并形成整机概念模型。" 在计算机组成原理中，数据通路逻辑框图设计是一项核心任务，它涉及到计算机内部数据的流动路径和处理方式。数据通路是计算机执行指令时，数据从输入到输出所经过的路径，包括了ALU（算术逻辑单元）、寄存器、控制信号以及数据总线等关键组件。设计数据通路的逻辑框图，需要理解每个组件的功能和它们之间的交互。 1. **运算器逻辑框图设计**：运算器是计算机硬件中的一个组成部分，负责执行基本的算术和逻辑运算。其逻辑框图应包括ALU、累加器、暂存器等，这些组件协同工作以执行指令并处理数据。 2. **存储器逻辑框图设计**：存储器分为内存和外存，用于存储指令和数据。逻辑框图应包含地址译码器、存储单元、读/写控制逻辑等，确保数据能正确存取。 3. **数据通路逻辑框图设计**：此设计涵盖了运算器和存储器，还包括数据总线、控制总线以及各种控制信号发生器。它描绘了数据如何在不同组件之间流动，以及何时进行读写操作，如何执行微指令。 在课程设计中，学生需要完成以下任务： - **掌握微控制器功能与结构**：微控制器是计算机的“大脑”，负责解释和执行指令。理解其工作原理对于设计数据通路至关重要。 - **熟悉微指令格式**：微指令决定了计算机执行的基本操作。学生需要设计一套微指令集，以控制计算机的各个部分。 - **编写微程序**：微程序是一系列微指令的集合，用于实现更复杂的操作。这需要学生理解指令系统的结构和微编程技术。 - **调试机器指令程序**：在实际教学实验系统上运行并验证设计的正确性，检查结果是否符合预期。 - **建立整机概念模型**：将各部分整合成一个完整的计算机模型，以展示所有组件如何协同工作。 课程设计的目的在于通过实践巩固理论知识，增强对计算机系统中各个模块的理解，尤其是硬连线控制器的工作原理。此外，通过微程序控制器的设计和调试，学生可以深入理解微指令和微程序的概念，从而更好地掌握计算机的运作机制。 在设计报告中，学生需要详细阐述实验原理，绘制数据通路框图，列出微指令格式、微程序流程图和微指令二进制代码表，描述实验步骤，提供十六进制格式文件，以及绘制实验接线图。这一系列工作不仅锻炼了学生的动手能力，也深化了他们对计算机组成原理的理论理解。