基于微程序控制器的计算机系统设计与实现

本篇文档是关于“基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现”的实验报告，由华中科技大学计算机科学与技术专业的学生朱胜本在2012年进行的课程设计。实验内容围绕冯诺依曼体系计算机的基本结构展开，特别是采用微程序控制方式进行系统设计。 首先，实验原理部分介绍了计算机的基本组成部分，如运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，其中强调了单总线结构，并对比了硬布线控制方式和微程序控制方式。硬布线方式虽然速度较快但结构复杂，而微程序控制则通过控制存储器中的微指令来简化逻辑控制，本实验选择了微程序控制作为设计基础。 微程序控制器的核心包括控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑。实验者需要理解并设计这些部分的功能，以及它们如何协同工作来实现指令的解码和执行。 在设计流程方面，实验者需要进行需求分析，确定系统硬件和软件的需求。硬件设计包括总体设计、运算器（ALU）、存储器（MEM）、地址计数器（PC）和指令寄存器及控制存储器等子系统的详细设计。同时，选择了特定的芯片进行硬件实现，如运算通路、PC及地址寄存器、存储通路、控制存储器电路和时序逻辑电路等，并设计了相应的机器指令和微指令。 软件设计部分涉及机器指令的格式设计以及微指令的具体实现，包括微指令格式、控制点的说明、微指令与周期和节拍的关系，以及每个指令对应的微程序。在实验过程中，需要制作甘特图跟踪进度，检测硬件功能，连接芯片，调试数据通路，编写主存和控制存储器的内容，并通过下载时序电路和连接脉冲来运行系统。 在整个设计过程中，可能会遇到各种问题，如芯片选择的匹配性、电路连接的兼容性等，需要通过查阅资料和实际操作来解决。最后，实验报告总结了完整的测试过程，包括单步执行指令检查和连续执行的验证。 这篇报告提供了深入理解微程序控制器及其在简单计算机系统设计中的应用，对学习计算机组成原理和硬件设计的学生具有实践参考价值。