计算机基本模型机设计

计算机基本模型机设计是计算机科学中的一个重要概念，它涉及到计算机硬件的核心组成部分——CPU（中央处理器）的设计与实现。在这个过程中，微程序控制器起着关键的作用。微程序控制器使得CPU能够通过微指令来控制数据通路，从而执行机器指令。 微程序控制器的工作原理是这样的：当CPU从内存中取出一条机器指令后，这个指令的执行过程会由一系列的微指令构成的序列来完成。每一条机器指令对应一段微程序，这些微指令控制着CPU如何处理数据、如何与存储器和其他部件交互。微程序控制器通过读取预设在ROM（只读存储器）中的微指令序列，来实现对模型机数据通道的控制。 实验四的目标是让学生理解并实践这种机制。学生需要将微程序控制器、运算器模块和存储器模块集成在一起，构建一个基本模型计算机。然后，通过运行包含五条机器指令的简单程序，学习如何用微指令控制整个系统，包括输入、输出、运算和存储功能。实验设备主要包括计算机组成原理实验仪、个人电脑以及连接线。 实验中，数据通道的控制由微程序控制器完成，每个微指令都有特定的格式，例如，A、B、C字段用于不同的控制信号选择，比如2:4译码器的输入等。微程序的流程可以通过流程图清晰地展示出来，而微指令的二进制代码则决定了微程序的具体操作。通过对照微指令二进制代码表，可以了解每条微指令的功能，如加载、存储、算术逻辑运算等。 微程序流程图和微指令代码表是实现CPU控制逻辑的关键。它们定义了指令执行的步骤，例如，微地址字段决定下一条微指令的地址，S3-S0字段编码微指令的控制字段，M表示微指令的执行模式，CN用于控制存储器读写，WE表示写使能，而A、B、C字段则用于选择和控制不同部件的操作。 通过这个实验，学生能够深入理解计算机内部指令执行的底层逻辑，建立起机器指令与微指令之间的关系，这对于理解计算机系统的运作机制至关重要。同时，这也是计算机硬件设计的基础，对于未来涉及CPU设计、计算机体系结构或者嵌入式系统开发的学习和工作都有着深远的影响。