指令设计

计算机组成原理课程设计

1、完成以下9条指令的设计：

LDI Rd,#data，
LDA Rd,adr，
STA @adr,Rs，
LDR Rd,@Rs，
ADD Rd,Rs，
XOR Rd,Rs，
JMP adr，
JZ adr，
HALT

2.指令设计

序号	指令助记符	功能介绍	实现的功能	操作码	指令举例	二进制机器代码	地址	微指令	地址
1	LDI Rd,#data	立即数寻址(双字节指令16位)	立即数传输 Rdß#data	0001	LDI R0 ,48H	0001 00 00 0100 1000	00 01	00B22000	01H
2	LDA Rd,adr	直接寻址(取数)	R1 <-[adr]	0010	LDA R1 ,[01H]	0010 01 00 0000 0001	02 03	00B02020 00122000	02H 20H
3	STA @adr,Rs	间接寻址(存数，将Rs中的内容给[adr]地址)	R0-> [adr]	0011	STA [0FH] ,R0	0011 00 00 0000 1111	04 05	00B02021 1F102022 1F011000	03H 21H 22H
4	LDR Rd,@Rs	寄存器间接寻址（将RS地址中的数据存到Rs中）	Rd <-[Rs]	0100	LDR R1,[R0]	0100 01 00	06	1A001023 00122000	04H 23H
5	ADD Rd,Rs	寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)	Rd <-Rd+Rs	0101	ADD R1<-R1+R0	0101 01 00	07	89021000	05H
6	XOR Rd,Rs	寄存器间接寻址(异或指令)	Rd<-Rd异或Rs	0110	XOR R0<-R0+R1	0110 00 01	08	16021000	06H
7	JMP adr	无条件跳转	PC<-adr	0111	JMP PC<-adr	0111 0000 0000 1101	09 10	00F02000	07H
8	HALT	停机		1111		11110000	11	00040000	0FH
9	HALT	停机		1111		11110000	12	00040000	0FH
10	LDI Rd,#data	立即数寻址(双字节指令16位)	立即数传输 Rdß#data	0001	LDI R1 ,	0001 01 00 11100010	13 14	00B22000	01H
11	ADD Rd,Rs	寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)	Rd <-Rd+Rs	0101	ADD R1<-R1+R0	0101 01 00	15	89021000	05H
12	JZ adr	条件转移指令（结果为0的转移）	If ZF=1，PC<-adr	1000	为0跳转到停机的位置	1000 0000 00010011	16 17	00902224 00E02000 00200000	08H 25H 24H
13	ADD Rd,Rs	寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)	Rd <-Rd+Rs	0101	ADD R1<-R1+R0	0101 01 00	18	89021000	05H
14	HALT	停机		1111		11110000	19	00040000	0FH

3.每条指令的微指令和仿真图

1. LDI Rd,#data

序号

指令助记符

功能

实现的功能

操作码

指令举例

二进制机器代码

地址

微指令

微指令地址

LDI Rd,#data

立即数寻址(双字节指令16位)

立即数传输

Rdß#data

0001

LDI R0 ,48H

0001 00 00

0100 1000

取指令：00B82080

执行指令：00B22000

立即数送R0

00H

01H

通过测试的将48H放到R0寄存器。

2. LDA Rd,adr

序号

指令助记符

功能

实现的功能

操作码

指令举例

二进制机器代码

地址

微指令

微指令地址

LDA Rd,adr

直接寻址(取数)

R1 <-[adr]

0010

LDA R1 ,[01H]

0010 01 00

0000 0001

取指令：00B82080

取adr送bus：00B02020

取adr中的内容给R1：00122000

00H

02H

20H

直接寻址，将adr地址对应的内容送到R1寄存器中。通过测试的将[01H]= 48H放到R1寄存器。

3.立即数寻址

序号

指令助记符

功能

实现的功能

操作码

指令举例

二进制机器代码

地址

微指令

微指令地址

STA @adr,Rs

间接寻址(存数，将Rs中的内容给[adr]地址)

R0-> [adr]

0011

STA [0FH] ,R0

0011 00 00

0000 1111

取指令：00B82080

取[adr]：00B02021

取R0的值：1F102022

将R0的值写到[adr]：1F011000

00H

03H

21H

22H

间接寻址，将adr地址内的内容做有效地址。将R0中的内容存到[adr]对应的地址中。

需要更正一下：是将adr取出来送BUS，然后才是adr存AR，取R0送BUS，最后把R0的值存到adr中

更正的截图

4. LDR Rd,@Rs

序号

指令助记符

功能

实现的功能

操作码

指令举例

二进制机器代码

地址

微指令

微指令地址

LDR Rd,@Rs

寄存器间接寻址（将RS地址中的数据存到Rs中）

Rd <-[Rs]

0100

LDR R1,[R0]

0100 01 00

取指令：00B82080

R0中的内容到bus：1A001023

将[R0]地址内的内容取出来存到R1中：00122000

00H

04H

23H

寄存器间接寻址，将Rs中的内容作为地址，从[Rs]地址中取数，将取出来的数存到Rd中。

测试的是将@R0中的内容给了R1。且[48H]=0E。

5. ADD Rd,Rs

序号

指令助记符

功能

实现的功能

操作码

指令举例

二进制机器代码

地址

微指令

微指令地址

ADD Rd,Rs

寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)

Rd <-Rd+Rs

0101

ADD R1<-R1+R0

0101 01 00

取指令：00B82080

相加结果送R1：89021000

00H

05H

将Rd和Rs相加的结果送Rd中。测试的是R0+R1结果送R1，实际上加的两个数是48H+0E=56H。

6. XOR Rd,Rs

序号

指令助记符

功能

实现的功能

操作码

指令举例

二进制机器代码

地址

微指令

微指令地址

XOR Rd,Rs

寄存器间接寻址(异或指令)

Rd<-Rd异或Rs

0110

XOR R0<-R0异或R1

0110 00 01

取指令：00B82080

异或结果送R1：16021000

00H

06H

将Rd和Rs异或的结果送Rd中。测试的是R0异或R1结果送R0，实际上加的两个数是48H异或56H=1E。

7. JMP adr

序号	指令助记符	功能	实现的功能	操作码	指令举例	二进制机器代码	地址	微指令	微指令地址
7	JMP adr	无条件跳转	PC<-adr	0111	JMP PC<-adr	0111 0000 0000 1101	09 10	取指令：00B82080 取出Adr给Pc：00F02000	00H 07H
8	HALT	停机		1111		11110000	11	取指令：00B82080 停机：00040000	00H 0F
9	HALT	停机		1111		11110000	12	取指令：00B82080 停机：00040000	00H 0F
10	LDI Rd,#data	立即数寻址(双字节指令16位)	立即数传输 Rdß#data	0001	LDI R1 ,E2	0001 01 00 11100010	13 14	取指令：00B82080 执行指令：00B22000 立即数送R1	00H 01H

通过一个JUMP指令跳转到指定的位置，按照正常的执行顺序的话下一个指令的地址应该就是11H，执行到11H就会停机，而现在通过跳转直接跳转到0000 1101=13H地址处去执行LDI指令。

下图是JMP的执行过程：

执行JMP后的LDI过程：为下面的JZ做铺垫的！

8. JZ adr

序号	指令助记符	功能	实现的功能	操作码	指令举例	二进制机器代码	地址	微指令	微指令地址
11	JZ adr	条件转移指令（结果为0的转移）	If ZF=1，PC<-adr	1000	为0跳转到停机的位置	1000 0000 00010011	16 17	取指令：00B82080 取出Adr给Pc：00902224 adr->PC：00E02000 PC+1->PC：00200000	00H 08H 25H 24H
12	ADD Rd,Rs	寄存器寻址(计算RD和RS的值结果放到Rd中)	Rd <-Rd+Rs	0101	ADD R1<-R1+R0	0101 01 00	18	取指令：00B82080 相加结果送R1：89021000	00H 05H
13	HALT	停机		1111		11110000	19	取指令：00B82080 停机：00040000	00H 0F