2014课程设计内容要求.doc

课程设计硬布线控制器的设计与调试
一、教学目的、任务与实验设备
（一）教学目的
（1）融会贯通计算机组成原理课程和计算机系统结构课程的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬布线控制器的认识。
（2）学习运用ISP（在系统编程）技术进行设计和调试的基本步骤和方法，熟悉集成开发软件中设计调试工具的使用，体会ISP技术相对于传统开发技术的优点。
（3）培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践经验。

（二）设计与调试任务
（1）按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台硬布线控制器控制的模型计算机。
（2）根据设计图纸，在通用实验台上进行组装，并调试成功。
（3）在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括：
１．总框图（数据通路图）；
２．硬布线控制器逻辑模块图；
３．模块ABEL语言源程序（如果有的话）；
４．硬布线控制流程图；
5．元件排列图；
6．设计说明书；
7．调试小结。

（三）实验设备
（1）TEC－４计算机组成原理实验系统一台
（2）直流万用表一只
集成电路建议使用ISP芯片（一片ispLSI1032）。采用ISP器件，则需要一台PC机运行设计自动化软件(例如ispEXPERT)作设计、编程和下载使用。

二、数据格式和指令系统
采用与模型计算机相同的指令系统，即12条机器指令。同样考虑到复杂度和时间问题，一般应降低难度，采用该指令系统的子集：去掉中断指令后的3条机器指令，只保留9条指令。

三、总体设计
采用的数据通路和微程序控制器方案相同，可参阅前面的介绍，不再赘述。
硬布线控制器模型机所使用的时序信号比微程序控制器的要多一些，除了原有的时序信号T1至T4外，还需要节拍信号，一拍等于一个T1至T4循环。实验仪提供的节拍信号有四个：W1至W4。如果实验台提供的节拍信号不能满足需要（例如需要八拍），可以用寄存器或GAL等自行构造，再从时序发生器引入T1至T4信号，也可以直接将节拍发生器设计到ISP芯片内部。

四、硬布线控制器的设计特点
本次实验的重点就在于硬布线控制器的设计，因为硬布线控制器大部分线路连接都在ispLSI1032芯片内部，因此设计方案的优劣，不取决于使用器件的多少，主要取决于设计的思路和质量。

（1）控制器的设计思路
硬布线控制器能够实现控制功能，关键在于它的组合逻辑译码电路。译码电路的任务就是将一系列有关指令、时序等的输入信号，转化为一个个控制信号，输出到各执行部件中。
根据硬布线控制器的基本原理，针对每个控制信号S，可以列出它的译码函数
S=f(Im,Mi,Tk,Bj)
其中Im是机器指令操作码译码器的输出信号，Mi是节拍信号发生器的节拍信号，Tk是时序信号发生器的时序信号，Bj是状态条件判断信号。
在TEC—4计算机组成原理实验系统中，因为时序信号Tk（T1—T4）已经直接输送给数据通路，所以译码电路不需Tk作为输入。又因为机器指令系统比较简单，操作码只有４位，不需要专门的操作码译码器，因此Im直接就是操作码，即指令寄存器的IR4—IR7信号。Mi的来源就是时序模块的节拍信号，例如W4—W1。Bj的信号包括：
１、来自数据通路中运算器ALU的进位信号C；
２、来自控制台的开关信号SWC、SWB、SWA；
３、其他信号。
其中C、SWC、SWA和SWB信号在微程序控制器中同样存在，不用加以解释。由于硬布线控制器设计和微程序控制器设计的不同需求和特点以及控制器的设计方案的不同，可能需要其他信号，也可能不需要其他信号，根据设计方案而定。
每个控制信号的函数式都是上述输入信号的逻辑表达式，因此可以用各种组合逻辑构造电路网络，实现这些表达式的逻辑功能。理论上，只要对所有控制信号都设计出译码函数，这个硬布线控制器的方案也就得到了。

（2）控制流程设计
设计硬布线控制器的控制流程，也就是解决Mi、Im、Bj如何起作用的问题。设计微程序控制器时可以使用流程图，设计硬布线控制器同样可以使用流程图。微程序控制器的控制信号以微指令周期为时间单位，硬布线控制器以节拍为时间单位，两者本质上是一样的，１拍和１个微指令周期都是从时序T1的上升沿到T4的下降沿的一段时间。在微程序控制流程图中，１个执行框代表１个微指令周期，而在硬布线控制流程图中，１个执行框就代表１拍。
不过，在微程序控制器中，控制流程可以直接转化为微指令程序，存放于控制存储器内，受到的限制较少；而设计硬布线控制器的控制流程，要考虑的因素就多一些。

１、执行一条机器指令的节拍数
微程序控制器中,执行一条机器指令所需要的微指令数目可根据需要而定，不同的机器指令需要的微指令数目可以差别很大，有的指令使用的微指令数目较多，只要控制存储器中能安排得下就行。执行一条机器指令