微程序控制基本模型机设计与实现

"计算机组成原理课程设计-基本模型机的设计与实现" 在本次计算机组成原理的课程设计中，学生被要求设计并实现一个基本模型机，旨在深化对计算机功能和组成结构的理解。这个实验主要涵盖了以下几个关键知识点： 1. **计算机基本模型**：基本模型机是简化版的计算机，它通常包括了运算器、控制器、存储器和输入输出设备等核心组件。通过设计这样的模型机，学生可以直观地理解计算机如何执行指令和处理数据。 2. **微程序控制器**：微程序控制器是实现指令执行流程的一种方法，其中微指令控制着计算机内部各个部件的操作。在实验中，学生需要设计微程序，使得控制器能自动产生必要的控制信号，以完成特定功能。 3. **指令执行流程**：实验要求定义五条机器指令，并编写相应的微程序。这涉及到指令周期的概念，即从取指令、分析指令到执行指令的过程。每条机器指令对应一个微程序，微程序由一系列微指令组成，这些微指令按顺序执行以完成一条机器指令的全部操作。 4. **数据通路设计**：数据通路是计算机内部数据流动的路径，包括数据的读取、处理和存储。实验中的数据通路框图显示了数据在不同部件间的流动和控制信号的产生。 5. **微代码定义**：24位微代码定义了每个信号的功能，例如微地址输出信号用于指示下一条微指令的位置，ALU操作选择信号用于控制不同的算术和逻辑操作，进位信号指示运算结果是否有进位，RAM控制信号用于读写操作，以及译码后的选通信号用于选择总线上的特定单元。 6. **控制信号**：如S3-S0用于ALU操作，M信号区分算术与逻辑操作，/Cn表示进位，WE控制内存读写，A和B字段用于选择输入和输出，而C字段用于控制总线上的其他组件。 7. **存储器访问**：在模型机中，存储器是数据的主要存储区域，通过控制信号WE和/Cn，可以实现对存储器的读写操作。此外，通过译码A字段和B字段，可以确定数据流向哪个特定单元。 8. **寄存器使用**：尽管基本模型机在数据通路框图中未显示R1和R2寄存器，但在实际电路中它们是存在的。寄存器在计算机中起到临时存储数据的作用，对于指令执行至关重要。 通过这个实验，学生不仅能够掌握计算机硬件层面的知识，还能学习到微程序设计和计算机控制逻辑，从而全面理解计算机的工作原理。这种实践经验对于深入学习计算机体系结构和后续的系统级编程具有极大的帮助。