计组课设1

【实验名称】：基本模型机的设计与实现 【实验目的】： 1. 通过本次实验，学生能够深入了解基本模型计算机的结构与工作原理。 2. 学习并掌握不同类型指令的执行流程，包括算术、逻辑操作等。 3. 学习微程序控制器的设计方法，了解如何配置LPM_ROM（局部程序存储器）。 4. 将单一的电路单元组合成完整系统，构建一个基础的模型计算机。 5. 定义并编写五条机器指令对应的微程序，通过实际运行和调试，增强对计算机整机概念的理解。 6. 掌握微程序设计技术，包括二进制微指令代码表的编写，以及微程序控制方式的计算机设计方法。 【实验原理】： 1. 在这个实验中，计算机的数据通路控制由微程序控制器负责，使得各个部件单元能够在微指令序列的指导下自动执行任务。一条机器指令的执行从取指令开始到指令执行结束，由一系列微指令组成，即一个微程序。 2. 数据通路框图展示了系统的主要组成部分，虽然模型机未包含R1和R2寄存器，但实际实现中会包含这两个寄存器。 3. 24位微代码定义了微指令的结构，包括微地址输出信号、ALU操作选择信号、ALU操作方式选择信号、进位信号、存储器控制信号以及总线选择信号。 【实验步骤】： 1. 设计指令：参考ALU功能表，制定出五条指令，并绘制微程序流程图，明确每一步的操作。 2. 配置存储器：根据自定义的指令，修改实验示例中的ROM文件，以支持新指令的执行。同时，可能需要调整RAM中的数据以配合指令的执行需求。 3. 编译工程：确保所有设计无误后，编译工程文件，生成可下载到实验设备的程序。 4. 执行程序：下载程序后，通过实验设备运行和调试，观察并验证指令执行的正确性。 【微代码字段解释】： - 微地址信号（uA5-uA0）：确定下一条要执行的微指令的地址。 - ALU操作选择信号（S3, S2, S1, S0）：用于选择ALU进行的16种算术或逻辑运算之一。 - 操作方式选择信号（M）：区分算术操作（M=0）和逻辑操作（M=1）。 - 进位信号（/Cn）：指示ALU运算时是否存在进位。 - 存储器控制信号（WE）：控制RAM的读写操作。 - 总线选通信号（A9, A8）：译码后产生对不同单元的选通控制。 - 输入和输出选择信号（A字段，B字段）：分别用于选择输入和输出总线连接的单元。 - 分支判断测试信号（C字段）：用于条件跳转和其他控制流程。 通过这次实验，学生不仅能学习到计算机硬件的基本组成，还能亲身体验从指令设计到硬件控制的整个过程，这对于理解和设计更复杂的计算机系统具有重要意义。