"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。