16位CPU模型设计详解：指令系统与架构

本课件主要聚焦于"数据信息-CPU模型设计"，特别是针对一个16位简易CPU模型进行深入讲解。CPU模型的核心组件包括寄存器R0至R3（如R0~R3，C, D, SP, PC, PSW, MDR, A等），如R0作为输入，ALU进行算术逻辑运算，移位器和控制逻辑负责指令的处理。该模型的设计步骤严谨，首先从拟定指令系统开始，包括确定总体结构、设计时序、规划指令流程和微命令序列，接着形成控制逻辑，包括指令格式、寻址方式和指令类型设置。具体到指令系统设计，16位指令采用寄存器型寻址，区分了双操作数、单操作数和转移指令格式，提供了详细的操作码、寻址方式编码和助记符定义。此外，还涉及了各种寻址方式，如寄存器寻址、寄存器间接寻址、自减/自增寻址、变址/相对寻址等，以及不同的操作类型，如数据传送、加法、异或、求反和算术右移等。整个设计过程注重实用性与兼容性，将高级语言功能与硬件指令相结合，以实现高效和灵活的CPU操作。通过这个课程，学习者能够掌握CPU设计的基本原理和实践方法。