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 |
00H 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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