三 数据格式和寻址方式的设计
3.1 数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为８位，其格式如下：
７ ６５４３２１０ 符号 尾 数 其中第 7 位为符号位，相对于十进制数值表示范围是：－2 7?X?2 7－1。
3.2 模型机的寻址方式
操作数的寻址就是寻找形成操作数在主存中的地址的方法。 设指令格式如下：
操作码（OP） 寻址特征 形式地址
形式地址（D）：指令地址字段中给出的地址。
有效地址（EA）：形式地址经过一定计算而得到的操作数的实际地址。 常用寻址方式如下：
(1)隐含寻址：指令中不指出操作数的地址，而是隐含在累加器或堆栈等，由它们给出操作数。
(2)立即寻址：指令的地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身。即数据 data = D。
(3) 直接寻址：操作数的地址直接在指令中给出，即操作数的有效地址为 EA = D。
(4)间接寻址：指令的形成地址 D 在主存相应单元中的内容是操作数的地址，即操作数的有效地址为
EA =（D）。
(5)寄存器寻址：指令中给出的是寄存器号 R，操作数就是寄存器中的内容，即 data=（R）。
(6) 寄存器间接寻址：指令中给出的是寄存器号 R，而操作数的地址就是寄存器中的内容，
4
即 EA =（R）。
(7)相对寻址：操作数地址为程序计数器 PC 中的内容与指令中给出的地址偏移量 D 之 和，位移量 D 通常以补码形式给出，可正可负。
即 EA=（PC）+D。
(8) 基址寻址：操作数地址为基址寄存器中的内容与指令中给出的地址偏移量 D 之和，即 EA=（R）基址 +D
(9)变址寻址：操作数地址为变址寄存器中的内容与指令中给出的地址偏移量 D 之和，
3.3 指令格式
由于本模型机机器字长只有8位二进制长度，故使用单字长指令和双字长指令。根据要求,设计该模型机能执行的不同指令，例指令格式及功能如下：
(1) 算术逻辑运算指令
9 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 3.1-1
表 3.1-1
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算术逻辑运算指令用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：
７６５４ OP-CODE
３２ １０ rs rd 6
其中，OP-CODE 为操作码，rs 为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：
Rs 或 rd 选定的寄存器
00 R0
01 R1
10 R2
(2) 访问指令及转移指令
模型机设计 2 条访内指令，即存数（STA）、取数（LDA），2 条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式为：
7 6 5 4 3 2 1 0 00 M OP-CODE RD D
其中，OP-CODE 为操作码，rd 为目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D 为位移量 （正负均可），M 为寻址模式，其定义如下：
寻址模式 M 有效地址 E 说 明
直接寻址 00 E= D
E=（D） 间接寻址 01
E=（RI）+D RI 变址寻址 10
E=（PC）+D 相对寻址 11
(3) I/O 指令
输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：
其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10
时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。
(4) 停机指令 指令格式如下：
HALT 指令，用于实现停机操作。
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四 指令和和微程序的设计
4.1 指令系统
本模型机共有16 条基本指令，其中算术逻辑指令７条，访问内存指令和程序控制指令４条，输入输出指令２条，其它指令1 条。表X列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表， 表X 即为将图X微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件，见下表X。
表 X 24 S3 23 S2 22 S1 21 S0 20 M 19 Cn 18 WE 17 A9 16 A8 1514 13 A 12 11 10 B 9 8 7 C 6 μA5 5 μA5 4 μA5 3 μA5 2 1 μA5 μA5
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计算机组成原理课程设计报告
