8位模型机的设计与实现
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一
结 构和数 据通 路如 图 １所 示． 制 器 是 整个 模 型 机 控
的 中心 ， 由它 来控制 计算 机指 令 的执行 ． 型机执行 模 指 令 的具 体过程 为 ： 先 控 制器 从 指令 寄 存 器 取得 首 指令， 编译 指 令 ， 输 出微 控 制 信 号 ， 制 ＡＬ 的 再 控 Ｕ 运算 ， Ｃ加 １ 并且 从 ＲＡＭ 中取 出数 据 运算 ， 算 Ｐ ， 运
方式后 ， 要掌握 其它类 型 的 寻址 方 式 （ 接寻 址 等） 间 就 比较 容易 了． 由于我 们 设计 模 型 机 的主要 目的 又 是 为 了使 学生掌握 计算机 的工作 原理及 指令在 计算 机 中执行 的流程 ， 而不 是 真 正要 实 现一 台计算 机 产 品 ， 以我们 只在模 型机 中实现这 两种 寻址方式． 所
觉得 计 算 机 组 成 原 理 整 机 实验 不 再 抽 象 难 懂 ． 关 键 词 ：模 型 机 ； 计 与 实 现 ； 设 ＶＨＤＬ 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ３ Ｐ ０ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ 一 ｌ ９ （ ０ １０ — ０ ７ —０ ６ １ ｌＸ ２ １ ）１ ０ １ ３
立 即数或 存储 单元 等操 作 数 ， ４位用 于保 存 指令 高 操 作码 ， 模型 机 的指令 格式 如图 ２ 示． 所 模型 机指令
系统 包括 数据 传送 类指 令 、 术逻辑 运算 类指令 、 算 转 移类 指令 、 停机 指令 ４类 指令 ， １ 共 ０条指令 ． 每条 指 令 的助记 符 、 令格 式 、 指 机器码 和指令 功能 如表 １所
存 器读 取 下一 条指令 ， 次循 环． 依
０ 引 言
计算 机组成 原理是 计算 机科 学 专业 的一 门重 要 的专 业基础 课 ， 内容 包 括 计算 机 部 件 和 整 机 的组 成
与 工 作 原 理 ． 于 课 程 的 专 业 性 很 强 、 念 繁 杂 抽 由 概
象 ， 算机组 成原 理实验 的难 度很 大 ， 计 特别 在整机 实
图 ２ ８位 模 型机 的指 令 格 式
收 稿 日期 ：０ ０ ０ —１ ２１－ ６ ０ 作 者 简介 ； 小 兰 （９ ３ ） 女 ， 验 师 ， 究 方 向 ； 算 机 网络 ． 谭 １７一 ， 实 研 计
７ ２
湖南工 程学 院学报
２１ ０ Leabharlann 年 寻 址 方 式 就 是 寻 找 操 作 数 或 操 作 数 地 址 的 方
第 ２ 卷第 １ １ 期
２ １ 年 ３月 ０１
Ｖ０ ． １ Ｎｏ １ １２ ． ．
Ｍ ａ ．２ ｒ Ｏ１１
８位 模 型 机 的 设 计 与 实 现
谭 小 兰 ， 陈 多 ， 陈华 光
（ 南工程学 院 计算机与通信学院 ， 湖 湘潭 ４ ｌ０ ） １ １ １
摘 要 ：为 了帮 助 学 生理 解计 算机 组 成 原 理 整机 实验 教 学 内容 ， 们 设 计 了一 种 ８位 模 型 机 ， 用 我 并 ＶＨＤ 实现 它． Ｌ 它具 有模 块化 、 开放性 和经 济 实用 的特 点 ， 学生通 过 使 用 Ｑｕ ｒｕ Ｉ 以调 试 模 型机 并 ａｔｓＩ可 观 察模 型机 内部信 息流 动的过 程 ， 而便 于学生理 解计 算机 的工 作原 理． 从 学生反 映通过 调 试模 型机后 ，
１ ２ 指 令 系 统 与 寻 址 方 式 ．
１ ８位模 型 机 的设 计
１ １ ８位 模型机 的逻 辑结 构与数 据 通路 ． ８位模 型机 主 要 由运 算 器 ＡＬ 控 制 器 、 址 Ｕ、 地 寄存 器 ＡＲ、 据 寄 存 器 Ｄ 指 令 寄 存 器 Ｉ 存 储 数 Ｒ、 Ｒ、 器 Ｒ ＡＭ 、 序 计 数 器 Ｐ 程 Ｃ和 累 加 器 Ａ 八 大 部 件 组 成 ， 八大 部件是 通过 总线连 结起 来 的 ， 这 它们 的逻辑
指令 系统 是 表征 一 台计算 机 性 能 的重要 因素 ， 它 的格式 与功 能不 仅 直 接 影 响 到机 器 的硬 件 结 构 ， 而且 直接 影 响到系 统软 件 ， 响到机 器 的适 用范 围． 影 为 了便 于 教学 ， 学 生易 于理解 其工作 原理 ， 型机 使 模
采用 了 ８位 字长 指令 ， 条指 令 的低 ４位 用 于 保存 每
表 １ ８位 模 型 机 的指 令 系统 图 ３ ８位 模 型 机 的指 令 执 行 流 程
２ ８位模 型 机 的 ＶＨＤ Ｌ实 现
式， 它也 是影响计算 机性 能 的一个 重要 因素． 由文 献
Ｅ］ ２ 可知直 接寻 址和立 即寻址 在 现代 程 序 中占绝对
多数 ， 是现代 Ｒ Ｃ Ｉ Ｓ计 算机倡 导 的主要 寻址 方 式． 而
且 ， 两 种 方 式 的指 令 执 行 流 程 比较 简 单 ， 以简 化 这 可 模 型 机 的设 计 与 实 现 ． 时 ， 生 掌 握 了这 两 种 寻 址 同 学
验 教学 中 ， 生很难 理解 教学 内容 ． 学 因此 为 了 帮 助 学
生 理解 计 算 机整 机 的工 作原 理 ， 们 设计 了一 种 ８ 我 位模 型机 ， 让学 生从 设 计 角 度来 理 解 计 算 机 的结 构
与工 作原理 ．
图 １ ８位 模 型 机 的 逻 辑 结 构 与 数 据 通 路
后再 把 结 果 通 过 数据 总 线 存 到 Ｒ ＡＭ， 从 指 令 寄 再
不 ．
７ ４ ３ ０
ｌ 操作 码
ｌ 操 作数
ｌ
【 ． ．．． ．．． ．．．．．．． ． ．．． ． ． ．．．． ．． ． ． ． ．．．．． ．．．Ｊ． ．．． ． ． ． ．．．． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．．． ．． ．． ． ．．． ．．．．． ．．
结 构和数 据通 路如 图 １所 示． 制 器 是 整个 模 型 机 控
的 中心 ， 由它 来控制 计算 机指 令 的执行 ． 型机执行 模 指 令 的具 体过程 为 ： 先 控 制器 从 指令 寄 存 器 取得 首 指令， 编译 指 令 ， 输 出微 控 制 信 号 ， 制 ＡＬ 的 再 控 Ｕ 运算 ， Ｃ加 １ 并且 从 ＲＡＭ 中取 出数 据 运算 ， 算 Ｐ ， 运
方式后 ， 要掌握 其它类 型 的 寻址 方 式 （ 接寻 址 等） 间 就 比较 容易 了． 由于我 们 设计 模 型 机 的主要 目的 又 是 为 了使 学生掌握 计算机 的工作 原理及 指令在 计算 机 中执行 的流程 ， 而不 是 真 正要 实 现一 台计算 机 产 品 ， 以我们 只在模 型机 中实现这 两种 寻址方式． 所
觉得 计 算 机 组 成 原 理 整 机 实验 不 再 抽 象 难 懂 ． 关 键 词 ：模 型 机 ； 计 与 实 现 ； 设 ＶＨＤＬ 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ３ Ｐ ０ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ 一 ｌ ９ （ ０ １０ — ０ ７ —０ ６ １ ｌＸ ２ １ ）１ ０ １ ３
立 即数或 存储 单元 等操 作 数 ， ４位用 于保 存 指令 高 操 作码 ， 模型 机 的指令 格式 如图 ２ 示． 所 模型 机指令
系统 包括 数据 传送 类指 令 、 术逻辑 运算 类指令 、 算 转 移类 指令 、 停机 指令 ４类 指令 ， １ 共 ０条指令 ． 每条 指 令 的助记 符 、 令格 式 、 指 机器码 和指令 功能 如表 １所
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０ 引 言
计算 机组成 原理是 计算 机科 学 专业 的一 门重 要 的专 业基础 课 ， 内容 包 括 计算 机 部 件 和 整 机 的组 成
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图 ２ ８位 模 型机 的指 令 格 式
收 稿 日期 ：０ ０ ０ —１ ２１－ ６ ０ 作 者 简介 ； 小 兰 （９ ３ ） 女 ， 验 师 ， 究 方 向 ； 算 机 网络 ． 谭 １７一 ， 实 研 计
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湖南工 程学 院学报
２１ ０ Leabharlann 年 寻 址 方 式 就 是 寻 找 操 作 数 或 操 作 数 地 址 的 方
第 ２ 卷第 １ １ 期
２ １ 年 ３月 ０１
Ｖ０ ． １ Ｎｏ １ １２ ． ．
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８位 模 型 机 的 设 计 与 实 现
谭 小 兰 ， 陈 多 ， 陈华 光
（ 南工程学 院 计算机与通信学院 ， 湖 湘潭 ４ ｌ０ ） １ １ １
摘 要 ：为 了帮 助 学 生理 解计 算机 组 成 原 理 整机 实验 教 学 内容 ， 们 设 计 了一 种 ８位 模 型 机 ， 用 我 并 ＶＨＤ 实现 它． Ｌ 它具 有模 块化 、 开放性 和经 济 实用 的特 点 ， 学生通 过 使 用 Ｑｕ ｒｕ Ｉ 以调 试 模 型机 并 ａｔｓＩ可 观 察模 型机 内部信 息流 动的过 程 ， 而便 于学生理 解计 算机 的工 作原 理． 从 学生反 映通过 调 试模 型机后 ，
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１ ８位模 型 机 的设 计
１ １ ８位 模型机 的逻 辑结 构与数 据 通路 ． ８位模 型机 主 要 由运 算 器 ＡＬ 控 制 器 、 址 Ｕ、 地 寄存 器 ＡＲ、 据 寄 存 器 Ｄ 指 令 寄 存 器 Ｉ 存 储 数 Ｒ、 Ｒ、 器 Ｒ ＡＭ 、 序 计 数 器 Ｐ 程 Ｃ和 累 加 器 Ａ 八 大 部 件 组 成 ， 八大 部件是 通过 总线连 结起 来 的 ， 这 它们 的逻辑
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采用 了 ８位 字长 指令 ， 条指 令 的低 ４位 用 于 保存 每
表 １ ８位 模 型 机 的指 令 系统 图 ３ ８位 模 型 机 的指 令 执 行 流 程
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多数 ， 是现代 Ｒ Ｃ Ｉ Ｓ计 算机倡 导 的主要 寻址 方 式． 而
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验 教学 中 ， 生很难 理解 教学 内容 ． 学 因此 为 了 帮 助 学
生 理解 计 算 机整 机 的工 作原 理 ， 们 设计 了一 种 ８ 我 位模 型机 ， 让学 生从 设 计 角 度来 理 解 计 算 机 的结 构
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