微程序控制流水模型计算机设计与调试指南

"该资源是一份关于系统结构实验的详细说明，主要涉及微程序控制器的流水模型计算机的设计与调试。实验旨在让学生通过实践理解计算机系统各模块的协同工作，特别是并行和流水的概念，以及如何通过微程序升级来提升系统性能。实验任务包括设计微程序控制的指令级标量流水模型计算机，组装调试，并完成相关设计文档。实验设备包括TEC-4计算机组成原理实验仪、双踪示波器等。实验中使用的指令系统为12条机器指令的子集，设计时需考虑性能优化，时序发生器将微指令周期分为T1至T4四段。总体设计上，流水模型将指令解析过程划分为取指、执行、写回等子过程，并需要解决数据通路中的并行操作、信息交换等问题。实验仪配备的并行操作器件有助于实现这些目标。" 在此次系统结构实验中，学生将面临多个关键知识点： 1. **计算机系统结构**：实验涉及到计算机的各个模块，如微程序控制器、数据通路、时序发生器等，这些都是计算机系统的基础组成部分。 2. **流水线技术**：实验的核心是设计流水模型计算机，流水线技术允许指令在不同的阶段并行处理，提高CPU效率。学生需要理解每个阶段（如取指、译码、访存、执行、写回）的工作原理及其相互之间的协调。 3. **微程序设计**：通过改写微程序来优化计算机性能，学生需要掌握微程序控制器的逻辑设计和微指令的编写。 4. **指令系统**：实验使用了一套12条指令的子集，要求学生理解指令集的精简与选择，以及如何在有限的指令集中实现所需功能。 5. **性能优化**：设计时要考虑性能提升，避免无意义的流水，需要综合考虑控制信号的简化和时序协调。 6. **数据通路设计**：在设计支持流水的数据通路时，学生需要解决数据总线争用、信息交换、时序同步及异常处理等问题，这涉及到硬件层面的并行操作和通信机制。 7. **文档整理**：实验完成后，需要整理设计图纸、微程序流程图、代码表、元件排列图等，这是科研工作的重要部分，也锻炼了学生的文档撰写能力。 8. **实验设备使用**：如TEC-4实验仪、双踪示波器等，学生需要了解这些设备的使用方法，以便于进行硬件组装和调试。 通过这个实验，学生不仅能深入理解计算机系统的工作原理，还能提升实践操作技能，同时培养独立研究和创新能力。