计算机硬件课程设计：模型机与指令系统实现

"本次硬件课程设计是关于计算机组成原理的实验，主要任务是设计并验证一个简单的模型机和复杂的模型机。设计的模型机包含了五条基本指令：IN（输入）、ADD（加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）。这些指令的操作码和功能在表1.0中有详细描述。此外，还提供了一个验证程序的内存映象，用于测试设计的模型机功能，其内容和解释见表1.1。设计目的是加深对计算机部件单元电路的理解，将各个部分组合成一个基本的模型计算机系统，并通过实际运行测试数据进行功能验证。" 在本次硬件课程设计中，学生需要完成的任务是对计算机组成原理的基本概念和原理进行实际操作，设计一个简单的模型计算机。这个模型计算机具备了基础的运算和控制功能，能够执行五种基本指令： 1. **IN指令**：用于从外部设备读取数据，将输入数据存储到寄存器R0中。IN指令的机器码是0000，在这里是一个单字长指令，没有额外的地址字段。 2. **ADD指令**：执行加法操作，将寄存器R0的值与指定地址（addr）的值相加，结果再存回R0。ADD指令的机器码是0001，为双字长指令，后4位用于表示addr的二进制地址。 3. **STA指令**：存储指令，将寄存器R0的值存放到指定地址（addr）。STA指令的机器码是0010，也是双字长指令，addr同样由后4位表示。 4. **OUT指令**：输出指令，将指定地址（addr）的内容输出到LED显示设备。OUT指令的机器码是0011，双字长，addr在后4位。 5. **JMP指令**：无条件转移指令，将PC（程序计数器）设置为addr的值，实现程序流程的跳转。JMP指令的机器码是0100，双字长，addr同样在后4位。 为了验证模型机的设计，给出了一个内存映象表（表1.1），包含了从地址00H开始的一系列指令，包括IN、ADD、STA、OUT和JMP。这个验证程序用于测试模型机是否能正确执行这些基本指令，比如将输入数据（测试数据为FEH）放入R0，然后进行加法操作，将结果存储并输出。 设计的目的是让学生在理解了计算机组成原理的各个部分，如寄存器、指令系统、运算器和控制器等之后，能够将这些单元集成到一个完整的计算机模型中。这样的实践有助于提升学生的动手能力和系统级思维，增强对计算机硬件工作原理的深入理解。通过运行测试程序，可以检查设计的模型机是否能正确解析指令、执行运算并控制数据流，从而确保模型机的功能完整性。