计算机组成与体系结构课程实验报告之微程序控制器组成实验

《计算机组成与体系结构》课程中的微程序控制器组成实验旨在帮助学生深入理解计算机硬件系统的基础原理，特别是关于微程序控制器的构建和工作机制。实验主要分为时序产生器的组成和微程序控制器的设计两个部分。 一、时序产生器 时序产生器是计算机控制系统的心脏，负责产生各种定时信号，确保计算机各个部件的操作协调一致。实验中采用的是TEC-4计算机组成原理实验系统的时序电路，该电路由两片GAL22V10芯片（U6和U7）构成，能够产生两级等间隔时序信号T1-T4和W1-W4。其中，T1-T4信号用于微程序控制器，而W1-W4信号则用于硬布线控制器。在本次实验中，由于不涉及硬布线控制器，所以相关时序信号的生成可以留待后续实验处理。 二、微程序控制器 微程序控制器是通过微指令来控制计算机执行操作的一种方式。在实验中，微程序控制器仅使用时序信号T1-T4，这些信号的生成被集成在TIMER1（U6）芯片中，同时它还能产生节拍信号W1、W2、W3、W4的控制时钟CLK1。TIMER1的逻辑功能使用ABEL语言编写，源程序定义了各个信号之间的关系和计算逻辑，确保了时序信号的正确产生。 三、微指令格式和化简 微指令格式设计是微程序控制器的关键，它决定了微指令的结构和功能。在实验中，学生需要掌握如何简化和归并微指令，以优化控制器的性能。简化和归并微指令的过程通常包括合并相似操作、减少控制字段等步骤，目的是提高微程序的执行效率和减少存储需求。 四、实验流程 实验开始，学生首先需要了解时序产生器的基本原理，然后根据给出的ABEL源程序，分析TIMER1和TIMER2的工作模式。接着，学生将设计微程序控制器的微指令格式，并实现相应的微程序，这可能涉及到对微指令编码、解码电路的设计。通过实际操作，验证设计的微程序控制器能否正确控制计算机执行特定的指令序列。 五、实验收获 完成这个实验后，学生不仅能够掌握时序产生器和微程序控制器的工作原理，还能够了解到微指令设计和优化的重要性。此外，实验还锻炼了学生的逻辑思维能力和问题解决能力，为理解和设计更复杂的计算机系统奠定了基础。 "微程序控制器组成实验"是一个实践性强、理论与实际结合紧密的环节，对于深入理解计算机系统内部运作具有重要意义。通过这样的实验，学生能更好地理解和应用计算机组成与体系结构的理论知识。