设计与实现：半字交换指令的计算机组成原理实验

"本次实验是计算机组成原理的一部分，旨在设计一条新的指令，即半字交换指令，用于将内存中指定地址的数据进行半字交换，并将结果存入通用寄存器。实验目标包括深入理解计算机各组件间的交互、微指令执行流程、微程序设计以及指令执行的计算机工作原理。实验中，学生需要利用TEC-2实验计算机和电脑来完成任务。" 在计算机组成原理的实验5中，设计的这条半字交换指令的主要功能是交换内存ADDR单元内的高地位字节内容。例如，如果ADDR中的数据为ABCD（16进制表示，A、B、C、D分别代表四个字节），经过该指令处理后，数据将变为CDAB，并存储在通用寄存器DR中。 指令格式如下： | 指令格式 | D4 | DR | X | | ADDR | 其中，D4和DR为操作数字段，D4指示是否需要数据操作，DR指明目的寄存器，X则可能是用于辅助计算的字段或保留位。ADDR字段则用来指定待交换数据的内存地址。 在指令执行过程中，首先PC（程序计数器）的值被加载到AR（地址寄存器）中，以便读取ADDR地址的内容至Q寄存器。接着，Q寄存器的内容被写入DR寄存器，然后启动一个循环，通过8号命令使R3和Q联合左移8次，每次移动都将Q的高八位填充到DR的低八位。这个过程会使得原本的高位字节和低位字节的位置发生交换。最后，通过PC+1→PC更新程序计数器，确保程序的正常流程。 微程序设计如下： - 100：将PC的值加载到AR - 101：从内存读取数据到AR - 102：将数据从内存读取到Q寄存器 - 103：将Q寄存器的内容写入R3的第4个位置 - 104：执行R3和Q的联合左移8位操作 - 105：更新PC并根据条件码进行下一步 为了将微码加载到微控存中，需要编写一段加载程序，该程序从内存的特定地址读取微码，并将其存储到微控制存储器的指定位置。加载程序以"A800"命令开始，随后的"0800"到"0808"是加载微码的具体步骤。最后，使用"G"命令运行加载程序，将微码加载到微控存的起始地址100H处。 运行程序段时，可以先设置R0寄存器的值，比如设为1234H，这将作为ADDR的初始值，然后执行其他指令来测试半字交换指令的效果。这个实验提供了一个实际操作的平台，帮助学生深入理解计算机硬件层次上的指令执行机制。