乘法器計組課設

1、計算機組成原理課程設計報告班級：計算機/物聯(lián)網(wǎng) 1504 班 姓名： 楊杰銘 學號： 20154530 完成時間： 2018.1.1 一、課程設計目的1在實驗機上設計實現(xiàn)機器指令及對應的微指令（微程序）并驗證，從而進一步掌握微程序設計控制器的基本方法并了解指令系統(tǒng)與硬件結構的對應關系；2通過控制器的微程序設計，綜合理解計算機組成原理課程的核心知識并進一步建立整機系統(tǒng)的概念；3培養(yǎng)綜合實踐及獨立分析、解決問題的能力。二、課程設計的任務針對COP2000實驗儀，從詳細了解該模型機的指令/微指令系統(tǒng)入手，以實現(xiàn)乘法和除法運算功能為應用目標，在COP2000的集成開發(fā)環(huán)境下，設計全新的指令系統(tǒng)并編寫對

2、應的微程序；之后編寫實現(xiàn)乘法和除法的程序進行設計的驗證。三、 課程設計使用的設備（環(huán)境）1硬件l COP2000實驗儀l PC機2軟件l COP2000仿真軟件四、課程設計的具體內(nèi)容（步驟）1詳細了解并掌握COP 2000模型機的微程序控制器原理，通過綜合實驗來實現(xiàn)該模型機指令系統(tǒng)的特點：該模型機指令系統(tǒng)的操作碼由8位機器碼組成，前6位機器碼用于區(qū)分操作類型，后2位機器碼是在操作中涉及通用寄存器時提供通用寄存器的尋址。進位跳轉(zhuǎn)指令JC要求倒數(shù)第3、4位為00零跳轉(zhuǎn)指令JZ要求倒數(shù)第3、4位為01無條件跳轉(zhuǎn)指令JMP要求倒數(shù)第3、4位為11該模型機微指令系統(tǒng)的特點（包括其微指令格式的說明等）：該

3、模型機的微指令寄存器地址為00H-0FFH,共256*30位，每條微指令的控制字段部分有30位，控制方式采用的是直接控制而非編碼控制，即一位對應一個邏輯開關的狀態(tài)。可惜的是，此微指令無跳轉(zhuǎn)方式和下指字段，因而僅通過微指令無法在微指令寄存器中跳轉(zhuǎn)，即在一條機器指令所對應的微程序中，只有順序執(zhí)行操作。原系統(tǒng)中每條機器指令最多四個周期（當然不是必須的，可以通過機器指令的機器碼的設置使一個機器指令包含更多微指令），即此模型機中每個微程序最多四條微指令，多余的空位則浮空處理。2. 計算機中實現(xiàn)乘法和除法的原理（1）無符號乘法算法流程圖：乘法采用移位相加的操作來完成，由于位數(shù)限制，無溢出可能因為積德長度限

4、定在8位以內(nèi),由于需要儲存中間結果及初始被乘數(shù)的指，乘數(shù)還需要在過程中進行移位，即兩個寄存器無法完成此工作。由上可知，完成乘法操作需要存取操作數(shù)，移位操作，測試標志位跳轉(zhuǎn)，加法操作，同時為了調(diào)用加法程序，還需要子程序調(diào)用及返回操作。硬件原理框圖：寄存器A與R0,R3,EM通信寄存器W與R2,EM通信通用寄存器組R0,R1,R2與EM皆可通信（2）無符號除法算法流程圖：使用余數(shù)恢復法。先用減測試進行測試若夠減，則進行減法操作，不夠減直接進行移位操作。硬件原理框圖：3對應于以上算法如何分配使用COP2000實驗儀中的硬件（初步分配，設計完成后再將準確的使用情況填寫在此處）ST：減測試<SUB

5、T>/位測試<TEST>時需使用A/W：運算時使用L/D/R：ROR/ROL時使用乘法R0：乘數(shù)R1：被乘數(shù)R2：中間結果/乘積除法R0：除數(shù)R1：被除數(shù)/余數(shù)R2：商R3：除法次數(shù)4在COP2000集成開發(fā)環(huán)境下設計全新的指令/微指令系統(tǒng)設計結果如表所示（可按需要增刪表項）（1） 新的指令集（如果針對乘除法設計了兩個不同指令集要分別列表）助記符機器碼1機器碼2指令說明ROR對A寄存器的右移操作,不改變標志位ROL 對A寄存器的左移操作,不改變標志位SUBT A,#II減測試，將A減去#II改變標志位，但不改變A值TEST A,#II位測試，用A與II相與，但不改變A值MOV

6、 R?，#II將立即數(shù)II送入R？MOV A，#II將立即數(shù)II送入A？MOV A,R?將寄存器R？的值取到A中MOV R?,A將寄存器A的值放到R?中ADD A,R?A與R?相加，結果存入A中SUB A,R?A與R?相減，結果存入A中JMP MM跳轉(zhuǎn)到MM標注的位置JZ MM根據(jù)零標志跳轉(zhuǎn)到MM位置JC MM根據(jù)進位標志跳轉(zhuǎn)到MM位置PUSH A將A壓棧POP A將A彈棧LOOP MM當寄存器R3的值不為0時，跳轉(zhuǎn)至MM（2） 新的微指令集其中減測試與位測試均占用5個節(jié)拍5用設計完成的新指令集編寫實現(xiàn)無符號二進制乘法、除法功能的匯編語言程序（1）乘法4位乘法的算法流程圖與匯編語言程序清單：將

7、乘數(shù)放在R0，被乘數(shù)放在R1中MOVR0,#04H ;乘數(shù)MOVR1,#0AH ;被乘數(shù)MUL:MOV R2,A ;將中間結果暫存入R2保護MOVA,R1 ;得到被乘數(shù)TESTA,#0FH ;被乘數(shù)為0？JZEND ;為0結束TESTA,#01H ;被乘數(shù)末位為0？ROR ;右移，不產(chǎn)生標志MOVR1,A ;將被乘數(shù)保存MOVA,R2 ;得到乘數(shù)JZMUL1 ;此處為TESTA,#01H的判斷結果ADDA,R0 ;末位不為0，則加上乘數(shù)MUL1:ROL ;中間結果左移JMPMUL ;循環(huán)ENDENDS（2）除法 4位除法的算法流程圖與匯編語言程序清單：采用余數(shù)恢復法MOVR0,#08H ;除數(shù)

8、MOVR1,#36H ;余數(shù)/被除數(shù)MOVR2,#00H ;商MOV R3,#05H ;移位次數(shù)MOVA,R1 ;判斷被除數(shù)是否為0TESTA,#0FFH JZOVERF ;為0則跳轉(zhuǎn)至除法中斷。置除數(shù)、商為0SUB A,R0 JC ENDS;不夠除MOVA,R0 ;將除數(shù)移位對階ROLROLROLROL ;在這里看似使用4次移位麻煩，但若使用循環(huán)，來回挪動操作數(shù)MOVR0,A ;將更加麻煩MOVA,R1;看首位夠不夠減，若夠減，商應大于4位，除法溢出，置除數(shù)商為SUBTA,R0 ;0FFHJCDIVJMP OVERDIV:MOVA,R1SUBTA,R0 ;測試是否夠減 JCDIV1SUBA,

9、R0 ;夠減則用被除數(shù)減去除數(shù)MOVR1,AMOVA,#1H ;這里使用簡單減法將標志位清0，取消對移位的干擾SUBA,#0HMOV A,R0 ;將除數(shù)右移RORMOV R0,AMOVA,R2ROL ;將商左移，夠減時商為1ADDA,#01HMOVR2,AMOVA,R3SUBA,#01H ;減少技術次數(shù)MOVR3,AJZENDSJMPDIVDIV1:;不夠減的情況，直接將除數(shù)右移MOVR1,AMOVA,#1HSUBA,#0H MOV A,R0RORMOV R0,AMOVA,R2ROLMOVR2,A;將商左移，不夠減時商為0MOVA,R3SUBA,#01H ;減少計數(shù)次數(shù)MOVR3,AJZEND

10、SJMPDIVOVERF:MOVR1,#0MOVR2,#0JMP ENDSOVER:MOVR1,#0FFHMOVR2,#0FFHJMP ENDSNOP6上述程序的運行情況（跟蹤結果）按下表填寫描述以上各程序運行情況的內(nèi)容。按每個程序一張表進行。程序運行的過程乘法指令的運行過程，截取前幾個循環(huán)（10*10 的乘法）除法運行結果（54/8）一個循環(huán)7設計結果說明調(diào)試運行程序時是否出現(xiàn)問題，是否有重新調(diào)整指令/微指令系統(tǒng)設計的情況出現(xiàn)？請在此做具體說明。運行程序時偶爾會發(fā)想忘記添加某種類型指令，但只要添加上即可，其它都是匯編程序上的調(diào)整。還有就是有些情況可以用多條機器指令，或者將這些機器指令的功能都

11、通過一條微程序?qū)崿F(xiàn)五、本次課程設計的總結體會（不少于200字） 主要總結學到的具體知識、方法及設計中的切身體會；包括列出在設計的各個階段出現(xiàn)的問題及解決方法。設計階段：在起初設計時，準備設計單獨的乘法、除法指令，即像8086/8088微機中的 MUL，DIV指令這種，通過提前規(guī)定好的寄存器存儲其中一個運算數(shù)，在獲取另一個進行運算。可是在仔細研讀cop2000官方說明書，以及對模擬程序的摸索后，發(fā)現(xiàn)此模擬機中的微程序系統(tǒng)與教科書存在差異。其一為：微指令沒有跳轉(zhuǎn)方式和下指字段，也就是說，一條機器指令對應的微程序只能順序執(zhí)行，顯然，這樣不可能完成乘除法的運算；其二為：其對寄存器的選擇是通過機器指令中操作數(shù)部分的字符翻譯為編碼來進行的，如操作數(shù)為R？則進行寄存器選擇、為#xx則從EM中讀取。也就是說在一個微程序中無法選擇通用寄存器，那么一條指令的最大可用空間為A，W，一個R，ST。還有一方面，就是由于不帶進位的移位操作在此系統(tǒng)中不影響標志位，用01