复杂模型机设计实验：计算机组成原理详解

"该实验说明书主要涉及计算机组成原理中的复杂模型机设计，包括数据格式、指令系统和指令格式的详细说明。" 在计算机组成原理中，设计并理解模型机是学习计算机基本工作原理的重要环节。这份实验说明书针对的是一台复杂的模型机，它具有特定的数据格式和指令系统。首先，模型机采用定点补码表示法来表示数据，其字长为8位，全部用于表示数据，不设置符号位，因此数值范围是0到255。 在指令设计方面，模型机拥有三类指令，包括运算类、控制转移类以及数据传送类。运算类指令包括加法（ADD）、与逻辑运算（AND）、增量（INC）、减法（SUB）、或逻辑运算（OR）和右移（RR），共计6条，这些指令都为单字节，并使用寄存器直接寻址。控制转移类指令有 halt（HLT）、无条件跳转（JMP）和条件分支（BZC，即零标志清除时跳转），其中HLT是单字节指令，而JMP和BZC为双字节指令。数据传送类指令则包括输入（IN）、输出（OUT）、移动（MOV）、加载立即数（LDI）、加载地址（LAD）和存储（STA），它们用于寄存器、I/O和存储器之间的数据交换，除了MOV指令为单字节外，其余都是双字节指令。 指令格式的设计也有所规范。对于单字节指令，如运算类和HLT、MOV，OP-CODE占据一部分位，用于识别指令类型，RS和RD分别表示源寄存器和目的寄存器。对于IN和OUT这类需要指定I/O端口号的指令，格式稍有不同，除了OP-CODE和RS、RD，还有一个字节用于表示I/O端口P，其地址译码原理依赖于地址总线的高两位。 I/O地址空间被划分为四个区，通过地址总线的高两位进行译码，每个区有64个地址，分别是IOY0至IOY3，对应00-3F、40-7F、80-BF和C0-FF的地址范围。此外，实验说明书中还提到了五种数据寻址方式：立即寻址、直接寻址、间接寻址、变址寻址和相对寻址。例如，LDI指令使用立即寻址，LAD、STA、JMP和BZC指令则支持上述五种寻址方式。 通过这个实验，学生将能够深入理解计算机内部数据的表示方法，指令集的设计原理以及如何实现基本的运算和控制流程，这对于理解计算机硬件的工作机制至关重要。