Fetch - LMC 指令的執行周期

Question

我必須為每個 Little Man Computer 指令（ADD、SUB、BR、BRP 等）定義步驟，並且在分支指令和 COB（或 Halt 指令）方面遇到問題。 我了解每條指令開頭的獲取部分：

個人電腦 -> 三月

MDR -> 紅外線

但我不確定在執行部分添加什么以使指令真正正確。 誰能解釋一下如何為 BR、BRP、BRZ 和 COB 設置獲取執行周期？ 任何幫助將不勝感激

Answer 1

首先，LMC是一個虛擬概念。 它有幾種解釋和實現，有時可能是相互矛盾的。 因此，哪個答案是正確的可能取決於您正在使用的課程材料。

為避免混淆，以下是我們可以使用的定義：

寄存器和 memory

• MAILBOX：這是處理單元外的 memory。 它有 100 個條目用於存儲 3 位數字。
• PC：程序計數器（兩位數）
• MAR：Memory 地址寄存器：臨時保存郵箱的2位地址，用於獲取或存儲MDR中的值。
• MDR：Memory 數據寄存器：臨時保存傳入或傳出郵箱的 3 位數據。
• IR：指令寄存器：包括操作碼（1 位或 3 位），有時包括 2 位地址
• ACC：累加器：3 位數值
• N：負標志：打開或關閉。 這方面在原始 LMC 中沒有很好地定義。 一些模擬器允許 ACC 保存負值，因此不需要額外的標志，而其他模擬器會認為 ACC 嚴格限制為三位數，不支持負號。 由於真正的 CPU 通常有一個 N（負）標志，我認為將這個標志想象成一個單獨的東西是合理的。
• Z：零標志：打開或關閉。 這是 ACC 是否具有零值的指示。 這是否真的應該作為一個單獨的標志存在比 N 標志更值得商榷，但我只是在這里將其列為一種可能性。

獲取步驟

fetch-execution 周期的 fetch 部分總是相同的——我更喜歡在相反的方向寫賦值：

• 三月 <= PC
• MDR <= 郵箱[MAR]
• 紅外 <= 耐多葯
• PC <= PC+1（使用計算器）

我們可以討論最后一步的確切順序。 PC 的更新可以在步驟 2 和 3 之前或同時進行。

執行步驟

獲取執行周期的執行部分取決於 IR 的內容：解釋操作碼（1 位，或 901 或 902 用於IN / OUT ）。 例如：

• BR （也稱為BRA ）：

  PC <= IR（最后 2 位數字）

• BRP ：

  如果未設置 N：
  PC <= IR（最后 2 位數字）

• BRZ ：

  如果設置了 Z 標志：
  PC <= IR（最后 2 位數字）

• COB ：

  程序執行停止。 在外部用戶觸發運行之前，不會有更多的 fetch-execution 循環。

根據您的課程材料，您可能不會提及 N 或 Z 標志。 在這種情況下，只需分別用“ACC 為負”和“ACC 為零”替換條件。

請注意，我沒有涉及這四個指令的 MAR 或 MDR 寄存器——直接將值從 IR 移動到 PC——因為 MAR 和 MDR 僅用於處理單元和 memory 之間的通信。