计算机组成原理是计算机科学与技术领域的一门基础课程,它主要研究计算机硬件系统的结构和工作原理。本课程设计的主题是“中央处理器——微程序控制器设计”,旨在通过实践加深学生对计算机内部构造的理解,特别是对处理器如何执行指令和控制计算机其他部件的运作方式。
设计目的是让学生了解并掌握微程序控制器的基本概念、工作原理以及设计方法。微程序控制器相比于硬连线控制器,其优点在于灵活性和可修改性,使得设计和修改计算机指令集更为便捷。设计任务包括了对微程序控制器的总体设计、方案比较、分步实现等环节,要求学生能够独立完成指令周期流程图、机器指令设计以及系统组成框图等关键部分。
在课题分析阶段,设计者首先需要理解设计的目的和任务,这涉及到对读/写操作的基本认识,包括内存访问、输入/输出设备的数据传输等。课题设计准备阶段则需要熟悉微处理器的基础知识,如寄存器、ALU(算术逻辑单元)、控制单元等组成部分的功能及其相互作用。
总体设计部分,学生需要阐述设计的原理,这通常基于冯·诺依曼体系结构,其中数据和指令存储在同一内存空间,指令由操作码和操作数组成。功能设计阶段则需要考虑微处理器应具备的基本功能,例如数据处理能力、中断处理机制、寻址模式等。
方案比较是设计过程中的重要步骤,学生需要对比不同的设计方案,比如硬连线控制器与微程序控制器的优缺点,以及可能的改进策略。在实际设计中,可能需要考虑性能、成本、复杂性等多个因素。
分步设计阶段,小组成员需要明确各自的职责,如分配设计任务。微程序控制器的设计涵盖了设计要求和内容,如定义微指令格式、微指令的编码方式、控制存储器的组织等。设计者需要绘制指令周期流程图,清晰展示从取指到执行指令的整个过程。此外,还需要设计一套机器指令集,包括各种类型的操作指令,并根据指令集设计系统组成框图,体现各组件间的交互关系。
这个课程设计不仅要求学生理论知识扎实,还锻炼了他们的实践能力和团队协作能力,通过这样的项目,学生能够将所学的计算机组成原理知识应用到实际问题中,进一步提高其在未来工作中解决计算机硬件系统问题的能力。