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计算机组成原理课程设计（1）
指令设计
计算机组成原理课程设计
1、完成以下9条指令的设计：
- LDI Rd,#data，
- LDA Rd,adr，
- STA @adr,Rs，
- LDR Rd,@Rs，
- ADD Rd,Rs，
- XOR Rd,Rs，
- JMP adr，
- JZ adr，
- HALT
2.指令设计
序号
指令助记符
功能介绍
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
地址
1
LDI Rd,#data
立即数寻址(双字节指令16位)
立即数传输
Rdß#data
0001
LDI R0 ,48H
0001 00 00
0100 1000
00
01
00B22000
01H
2
LDA Rd,adr
直接寻址(取数)
R1 <-[adr]
0010
LDA R1 ,[01H]
0010 01 00
0000 0001
02
03
00B02020
00122000
02H
20H
3
STA @adr,Rs
间接寻址(存数，将Rs中的内容给[adr]地址)
R0-> [adr]
0011
STA [0FH] ,R0
0011 00 00
0000 1111
04
05
00B02021
1F102022
1F011000
03H
21H
22H
4
LDR Rd,@Rs
寄存器间接寻址（将RS地址中的数据存到Rs中）
Rd <-[Rs]
0100
LDR R1,[R0]
0100 01 00
06
1A001023
00122000
04H
23H
5
ADD Rd,Rs
寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)
Rd <-Rd+Rs
0101
ADD R1<-R1+R0
0101 01 00
07
89021000
05H
6
XOR Rd,Rs
寄存器间接寻址(异或指令)
Rd<-Rd异或Rs
0110
XOR R0<-R0+R1
0110 00 01
08
16021000
06H
7
JMP adr
无条件跳转
PC<-adr
0111
JMP PC<-adr
0111 0000
0000 1101
09
10
00F02000
07H
8
HALT
停机
1111
11110000
11
00040000
0FH
9
HALT
停机
1111
11110000
12
00040000
0FH
10
LDI Rd,#data
立即数寻址(双字节指令16位)
立即数传输
Rdß#data
0001
LDI R1 ,
0001 01 00
11100010
13
14
00B22000
01H
11
ADD Rd,Rs
寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)
Rd <-Rd+Rs
0101
ADD R1<-R1+R0
0101 01 00
15
89021000
05H
12
JZ adr
条件转移指令（结果为0的转移）
If ZF=1，PC<-adr
1000
为0跳转到停机的位置
1000 0000
00010011
16
17
00902224
00E02000
00200000
08H
25H
24H
13
ADD Rd,Rs
寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)
Rd <-Rd+Rs
0101
ADD R1<-R1+R0
0101 01 00
18
89021000
05H
14
HALT
停机
1111
11110000
19
00040000
0FH
3.每条指令的微指令和仿真图
1. LDI Rd,#data
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
1
LDI Rd,#data
立即数寻址(双字节指令16位)
立即数传输
Rdß#data
0001
LDI R0 ,48H
0001 00 00
0100 1000
00
01
取指令：00B82080
执行指令：00B22000
立即数送R0
00H
01H
通过测试的将48H放到R0寄存器。
2. LDA Rd,adr
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
2
LDA Rd,adr
直接寻址(取数)
R1 <-[adr]
0010
LDA R1 ,[01H]
0010 01 00
0000 0001
02
03
取指令：00B82080
取adr送bus：00B02020
取adr中的内容给R1：00122000
00H
02H
20H
直接寻址，将adr地址对应的内容送到R1寄存器中。通过测试的将[01H]= 48H放到R1寄存器。
3.立即数寻址
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
3
STA @adr,Rs
间接寻址(存数，将Rs中的内容给[adr]地址)
R0-> [adr]
0011
STA [0FH] ,R0
0011 00 00
0000 1111
04
05
取指令：00B82080
取[adr]：00B02021
取R0的值：1F102022
将R0的值写到[adr]：1F011000
00H
03H
21H
22H
间接寻址，将adr地址内的内容做有效地址。将R0中的内容存到[adr]对应的地址中。
需要更正一下：是将adr取出来送BUS，然后才是adr存AR，取R0送BUS，最后把R0的值存到adr中
更正的截图
4. LDR Rd,@Rs
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
3
LDR Rd,@Rs
寄存器间接寻址（将RS地址中的数据存到Rs中）
Rd <-[Rs]
0100
LDR R1,[R0]
0100 01 00
06
取指令：00B82080
R0中的内容到bus：1A001023
将[R0]地址内的内容取出来存到R1中：00122000
00H
04H
23H
寄存器间接寻址，将Rs中的内容作为地址，从[Rs]地址中取数，将取出来的数存到Rd中。
测试的是将@R0中的内容给了R1。且[48H]=0E。
5. ADD Rd,Rs
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
3
ADD Rd,Rs
寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)
Rd <-Rd+Rs
0101
ADD R1<-R1+R0
0101 01 00
07
取指令：00B82080
相加结果送R1：89021000
00H
05H
将Rd和Rs相加的结果送Rd中。测试的是R0+R1结果送R1，实际上加的两个数是48H+0E=56H。
6. XOR Rd,Rs
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
3
XOR Rd,Rs
寄存器间接寻址(异或指令)
Rd<-Rd异或Rs
0110
XOR R0<-R0异或R1
0110 00 01
08
取指令：00B82080
异或结果送R1：16021000
00H
06H
将Rd和Rs异或的结果送Rd中。测试的是R0异或R1结果送R0，实际上加的两个数是48H异或56H=1E。
7. JMP adr
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
7
JMP adr
无条件跳转
PC<-adr
0111
JMP PC<-adr
0111 0000
0000 1101
09
10
取指令：00B82080
取出Adr给Pc：00F02000
00H
07H
8
HALT
停机
1111
11110000
11
取指令：00B82080
停机：00040000
00H
0F
9
HALT
停机
1111
11110000
12
取指令：00B82080
停机：00040000
00H
0F
10
LDI Rd,#data
立即数寻址(双字节指令16位)
立即数传输
Rdß#data
0001
LDI R1 ,E2
0001 01 00
11100010
13
14
取指令：00B82080
执行指令：00B22000
立即数送R1
00H
01H
通过一个JUMP指令跳转到指定的位置，按照正常的执行顺序的话下一个指令的地址应该就是11H，执行到11H就会停机，而现在通过跳转直接跳转到0000 1101=13H地址处去执行LDI指令。
下图是JMP的执行过程：
执行JMP后的LDI过程：为下面的JZ做铺垫的！
8. JZ adr
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
11
JZ adr
条件转移指令（结果为0的转移）
If ZF=1，PC<-adr
1000
为0跳转到停机的位置
1000 0000
00010011
16
17
取指令：00B82080
取出Adr给Pc：00902224
adr->PC：00E02000
PC+1->PC：0020000000H
08H
25H
24H
12
ADD Rd,Rs
寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)
Rd <-Rd+Rs
0101
ADD R1<-R1+R0
0101 01 00
18
取指令：00B82080
相加结果送R1：89021000
00H
05H
13
HALT
停机
1111
11110000
19
取指令：00B82080
停机：00040000
00H
0F
当ZF=1的时候就是结果为0的标志，测试JZ adr的时候用的是ADD R1，R0的结果，上面算出来为0。当不是0的时候就正常的PC+1,否则就是跳转到指定的位置。比如我写的这个ZF=1的时候直接跳转到停机的位置（第一张图），不是0的时候就正常往下执行（第2张图）。
第1张图：ZF=1。
第二张图：我通过修改第序号等于10的那一步R1的值[对应的地址是0EH，由E2H改为E3H]。从而使得ZF=0。
9. HALT
序号
指令助记符
功能
实现的功能
操作码
指令举例
二进制机器代码
地址
微指令
微指令地址
13
HALT
停机
1111
11110000
19
取指令：00B82080
执行指令：00B22000
立即数送R1
00H
01H
当执行HALT指令时机器就会停止运行。
10.完整的仿真图
-
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_41957626/article/details/128084834