8位模型计算机设计：数据格式与指令系统解析

"计算机组成原理课程设计文档，包含模型计算机设计、教学目标、设计调试任务、实验设备、数据格式和指令系统的详细说明" 在计算机组成原理的学习中，设计一台模型计算机是一项重要的实践任务，旨在帮助学生深入理解计算机系统各部分的工作原理以及它们之间的交互。设计的目标包括三个方面：一是综合运用课程知识，加深对计算机整体架构的理解，特别是“时间—空间”概念；二是掌握计算机设计和调试的基本技巧，提升软件仿真和硬件应用能力；三是培养独立科研能力和实践经验。 设计与调试任务中，学生需要按照给定的数据格式和指令系统，在限定的器件范围内设计一台微程序控制的模型计算机，并在MAX+PLUS平台上进行仿真，最后在EL教学实验箱上完成调试。完成设计后，需要整理一系列设计文件，如总框图、微程序控制器逻辑图、流程图、代码表、元件排列图、设计说明书和调试小结。 实验设备主要包括PC机、EL教学实验箱和MAX+PLUS配套软件，这些设备提供了设计、仿真和实际操作的环境。 模型计算机采用8位定点二进制数据格式，最高位为符号位，数据范围为-127至127。指令系统包括11条指令，如LDR（从存储器加载到寄存器）、STR（从寄存器存储到内存）、ADD（加法）、SUB（减法）、AND（按位与）、OR（按位或）、MUL（乘法）以及几种转移指令。这些指令覆盖了基本的算术和逻辑运算，以及条件转移，允许实现简单的程序控制。 总体设计阶段，需要考虑CPU中使用的器件选择，以及根据指令系统、器件和设计要求来设计数据通路。数据通路的设计是计算机结构的关键，它决定了指令执行的流程和机器的结构。通常，设计者会根据经验，参考现有机器结构，采用试探方法来完成。这个过程涉及指令分析、总框图草图绘制、操作序列检验、控制点和控制信号的确定，以及成本和线路简化的检查。 通过这样的设计实践，学生能够将理论知识应用于实际问题解决，提升对计算机系统核心组件的理解，同时锻炼实际操作和问题解决的能力。