十六位CPU實(shí)現(xiàn)方案解析

　1.1 CPU 的數(shù)據(jù)通路
　　模型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路如圖 1-1。CPU 的字長(zhǎng)為 16 位，內(nèi)部采用 16 位寬的單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，包括運(yùn)算器和控制器兩個(gè)部件。為了便于后面的設(shè)計(jì)，圖中還包括了系統(tǒng)總線(xiàn)和存儲(chǔ)器，系統(tǒng)總線(xiàn)采用單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，包括 16 位的數(shù)據(jù)總線(xiàn) DB、16 位的地址總線(xiàn) AB和控制總線(xiàn) CB。主存、外設(shè)與 CPU 共用一組系統(tǒng)總線(xiàn)；CPU 內(nèi)部總線(xiàn) IB 與系統(tǒng)總線(xiàn)間通過(guò) DR、AR 相聯(lián)。主存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)也是 16 位，并且按字編址，不能按字節(jié)訪問(wèn)。
　　
　　圖 1-1 模型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路
　　1.2 指令系統(tǒng)
　　模型機(jī)的指令系統(tǒng)包括各類(lèi)傳送類(lèi)指令、算術(shù)邏輯運(yùn)算類(lèi)指令、移位類(lèi)指令、轉(zhuǎn)移類(lèi)指令、子程序調(diào)用返回指令、輸入輸出類(lèi)指令等。在尋址方式上采用最典型的尋址方式，分別是立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、寄存器變址尋址、相對(duì)尋址 7 種。
　　1.2.1 指令格式
　　模型機(jī)指令格式規(guī)整，以單字指令為基礎(chǔ)，根據(jù)不同的尋址方式可擴(kuò)展為雙字指令和三字指令，如圖 1-2所示。指令的第二字和第三字是一些常數(shù)，如立即數(shù)、直接地址、間接地址、偏移量等。
　　
　　圖 1-2 指令格式
　　圖 1-2中，Ms 表示源操作數(shù)的尋址方式，Md 表示目的操作數(shù)的尋址方式，Rs 和 Rd分別表示的是源操作數(shù)和目的操作數(shù)的寄存器號(hào)。
　　1.2.2 尋址方式及編碼
　　在圖 1-2中可以看出，尋址方式 Ms、Md 分別由 IR 的 9、8 和 4、3 位表示。各位含義見(jiàn)表 1-1。
　　2
　　尋址方式編碼
　　M（2位）Rn/M’（3位）
　　寄存器尋址Rn00寄存器號(hào)
　　寄存器間接尋址（Rn）01寄存器號(hào)
　　寄存器變址尋址disp（Rn）10寄存器號(hào)
　　立即尋址#imm11011
　　直接尋址addr11010
　　間接尋址（addr）11001
　　相對(duì)尋址+disp11000
　　表 1-1 尋址方式及編碼
　　1.2.3 雙操作數(shù)指令
　　本模型機(jī)設(shè)計(jì)了 9 條雙操作數(shù)指令：
　　MOV，
　　ADD、ADC，SUB、SUBB，CMP
　　AND、OR、XOR
　　指令編碼格式如下：
　　
　　1.2.4.1 移位類(lèi)指令
　　SHL、SHR：邏輯左移、右移
　　SAR：算術(shù)右移
　　ROL、ROR：循環(huán)左移、右移
　　RCL、RCR：帶進(jìn)位的循環(huán)左移、右移