基本模型机的设计——跳转指令的实现

【基本模型机的设计——跳转指令的实现】 在计算机组成原理中，设计基本模型机是一项重要的实践任务，它要求学生运用所学理论知识构建一个简化的计算机系统。在这个过程中，跳转指令的实现是关键的一环，因为它涉及到程序流程的控制，是实现程序分支和循环的基础。 跳转指令在计算机体系结构中通常属于控制流指令，它允许程序根据特定条件或无条件地改变执行路径。在模型机中，跳转指令可能包括无条件跳转（JMP）和条件跳转（如JZ（零标志跳转）、JC（进位标志跳转）等）。这些指令通过修改程序计数器（PC）的值来决定下一条要执行的指令地址。 实现跳转指令通常涉及以下步骤： 1. **指令格式设计**：在8位数据总线和8位地址总线的环境下，指令通常由操作码（Opcode）和地址码（Addressing Mode）组成。例如，JMP指令可能占据一个或两个字节，其中高位字节用于标识操作码，低位字节或第二个字节用于存放目标地址。 2. **寻址方式**：跳转指令可以采用直接寻址，即目标地址直接编码在指令中；或者使用相对寻址，目标地址是相对于当前PC值的一个偏移量。 3. **微程序设计**：在微程序控制的计算机中，每条机器指令对应一个微程序，由一系列微指令组成，微指令控制计算机的各个部件执行特定操作。跳转指令的微程序需要实现PC的更新，这可能涉及到微指令的后续地址生成逻辑，例如，通过微指令的下地址字段来指定新的PC值。 4. **时序设计**：跳转指令的执行需要考虑时序安排，包括取指、解码、执行阶段。在跳转发生时，PC的更新通常发生在执行阶段末尾，确保当前指令完全执行后才改变流向。 5. **软件实现**：在实验平台上，需要编写源程序来测试跳转指令。程序应包含不同类型的跳转，同时监控累加器A、寄存器和其他存储器单元的数据变化，以及数据流程。 6. **HKCPT软件的使用**：在HKCPT软件中，可以通过联机和脱机方式来模拟和分析指令执行。对于跳转指令，需要分析其时序，观察PC的变化，以及在执行跳转后存储器和寄存器的状态。 7. **课程设计报告**：报告应详述设计的过程，包括设计目的、原理、逻辑框图、指令系统、微程序设计、时序安排、指令执行流程、源程序和微程序的编写，以及软件工具的使用经验。 通过这个设计任务，学生不仅能够深入理解计算机硬件的工作原理，还能提高编程和调试技能，为理解和设计更复杂的计算机系统奠定基础。同时，这也是一个反思和总结自己学习成果的机会，分析设计的优点、不足，以及从中获得的收获和体会。