微程序控制复杂实验计算机设计与指令系统分析

"本文介绍了一台微程序控制的复杂实验计算机的设计，包括整机逻辑框图、主要模块的原理及指令系统的构建。该计算机由运算器、寄存器、指令部件、微程序控制部件、内存、总线缓冲电路、输入和输出控制电路组成。" 在计算机组成原理中，微程序控制是一种实现计算机控制的方式，它将机器指令对应的控制信号序列预先存储在控制存储器中，称为微指令。这种设计简化了硬件设计的复杂性，使得控制逻辑可以通过软件方式来设计和修改。 1. 整机逻辑框图设计 这台实验计算机由运算器、寄存器、指令部件、微程序控制部件、内存、总线缓冲电路和输入输出控制电路组成。运算器负责执行算术和逻辑运算，包括ALU（算术逻辑单元）和进位控制电路；寄存器用于临时存储数据；指令部件解析并解释指令；微程序控制部件生成必要的控制信号；内存存储数据和指令；总线缓冲电路处理总线上的数据传输；输入输出控制电路管理数据的输入和输出。 2. 模块原理 - 运算器：包含ALU、暂存器、三态门和进位控制电路，其中ALU使用74LS181芯片，74LS273作为暂存器，74LS244作为三态门，GAL芯片用于进位控制。 - 移位运算部件：通过逻辑控制单元（GAL芯片）和74LS299移位寄存器实现，支持并行加载、左移、右移和保持功能。 - 存储器：采用1片6116静态RAM，容量为256字节，数据线与数据总线连接，地址线由地址锁存器提供，通过三态门进行数据传输。 - 微程序控制部件：包括触发器、EEPROM、译码器、反相器等，用于生成和管理微指令，实现复杂控制流程。 3. 指令系统设计 - 数据格式：8位定点补码表示法，第7位为符号位，数值范围-12.2到12.2。 - 指令格式：9条算术逻辑指令，采用单字节表示，寄存器直接寻址，操作码、源寄存器和目的寄存器分别占用不同的位段。 总结来说，微程序控制的复杂实验计算机通过模块化设计，实现了高效、灵活的计算功能。其指令系统简洁而实用，适合教学和实验目的。微程序控制技术使控制逻辑更加可编程，降低了硬件设计的复杂度，为理解和研究计算机系统提供了良好的平台。