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計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級:計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)1504班姓名:楊杰銘 學(xué)號:20154530完成時(shí)間: 201&1.1 一、 課程設(shè)計(jì)目的1.在實(shí)驗(yàn)機(jī)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令及對應(yīng)的微指令(微程序)并驗(yàn)證,從而進(jìn)一步掌握微程序設(shè)計(jì)控制器的基本方法并了解指令系統(tǒng)與硬件結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系;2.通過控制器的微程序設(shè)計(jì),綜合理解計(jì)算機(jī)組成原理課程的核心知識并進(jìn)一步建立整機(jī)系統(tǒng)的概念;3.培養(yǎng)綜合實(shí)踐及獨(dú)立分析、解決問題的能力。二、 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)針對COP2000實(shí)驗(yàn)儀,從詳細(xì)了解該模型機(jī)的指令/微指令系統(tǒng)入手,以實(shí)現(xiàn)乘法和除法運(yùn)算功能為應(yīng)用目標(biāo),在COP2000的集成開發(fā)環(huán)境下,設(shè)計(jì)全新的指令系統(tǒng)并編寫對應(yīng)的微程序;之后編寫實(shí)現(xiàn)乘法和除法的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。三、 課程設(shè)計(jì)使用的設(shè)備(環(huán)境)1.硬件COP2000實(shí)驗(yàn)儀PC機(jī)2.軟件COP2000仿真軟件四、 課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容(步驟)1?詳細(xì)了解并掌握COP2000模型機(jī)的微程序控制器原理,通過綜合實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)該模型機(jī)指令系統(tǒng)的特點(diǎn):該模型機(jī)指令系統(tǒng)的操作碼由8位機(jī)器碼組成,前6位機(jī)器碼用于區(qū)分操作類型,后2位機(jī)器碼是在操作中涉及通用寄存器時(shí)提供通用寄存器的尋址。進(jìn)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(jī)微指令系統(tǒng)的特點(diǎn)(包括其微指令格式的說明等):該模型機(jī)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(yīng)一個(gè)邏輯開關(guān)的狀態(tài)??上У氖?,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(jī)器指令所對應(yīng)的微程序中,只有順序執(zhí)行操作。原系統(tǒng)中每條機(jī)器指令最多四個(gè)周期(當(dāng)然不是必須的,可以通過機(jī)器指令的機(jī)器碼的設(shè)置使一個(gè)機(jī)器指令包含更多微指令),即此模型機(jī)中每個(gè)微程序最多四條微指令,多余的空位則浮空處理。2.計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)乘法和除法的原理(1)無符號乘法①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?yàn)榉e德長度限定在8位以內(nèi),由于需要儲存中間結(jié)果及初始被乘數(shù)的指,乘數(shù)還需要在過程中進(jìn)行移位,即兩個(gè)寄存器無法完成此工作。輸入乘數(shù),被乘數(shù)將乘數(shù)取至R0,被乘數(shù)取至R1
中間結(jié)果A初始化為o被乘數(shù)已為0?將R1進(jìn)行帶進(jìn)位右移,產(chǎn)生標(biāo)志
位信息后存回R1(用W寄存器)檢測移出位為0?對A進(jìn)行左移操作,結(jié)果存至A對檢測移出位為0?對A進(jìn)行左移操作,結(jié)果存至A 乘數(shù)R0,結(jié)果存至W將A存入R0,
即為最終結(jié)果由上可知,完成乘法操作需要存取操作數(shù),移位操作,測試標(biāo)志位跳轉(zhuǎn),加法操作同時(shí)為了調(diào)用加法程序,還需要子程序調(diào)用及返回操作。②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RO,R1,R2與EM皆可通信
(2)無符號除法①算法流程圖:使用余數(shù)恢復(fù)法。先用減測試進(jìn)行測試若夠減,則進(jìn)行減法操作,不夠減直接進(jìn)行移位操作。②硬件原理框圖:3.對應(yīng)于以上算法如何分配使用COP2000實(shí)驗(yàn)儀中的硬件(初步分配,設(shè)計(jì)完成后再將準(zhǔn)確的使用情況填寫在此處)ST:減測試VSUBT>/位測試VTEST>時(shí)需使用A/W:運(yùn)算時(shí)使用L/D/R:ROR/ROL時(shí)使用乘法R0:乘數(shù)R1:被乘數(shù)R2:中間結(jié)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(shè)計(jì)全新的指令/微指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果如表所示(可按需要增刪表項(xiàng))(1)新的指令集(如果針對乘除法設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同指令集要分別列表)助記符機(jī)器碼1機(jī)器碼2指令說明ROR對A寄存器的右移操作,不改變標(biāo)志位ROL對A寄存器的左移操作,不改變標(biāo)志位SUBTA,#II減測試,將A減去#II改變標(biāo)志位,但不改變A值TESTA,#II位測試,用A與II相與,但不改變A值MOVR?,#II將立即數(shù)II送入R?MOVA,#II將立即數(shù)II送入A?MOVA,R?將寄存器R?的值取到A中MOVR?,A將寄存器A的值放到R?中ADDA,R?A與R?相加,結(jié)果存入A中
SUBA,R?A與R?相減,結(jié)果存入A中JMPMM跳轉(zhuǎn)到MM標(biāo)注的位置JZ MM根據(jù)零標(biāo)志跳轉(zhuǎn)到MM位置JC MM根據(jù)進(jìn)位標(biāo)志跳轉(zhuǎn)到MM位置PUSHA將A壓棧POP A將A彈棧LOOPMM當(dāng)寄存器R3的值不為0時(shí),跳轉(zhuǎn)至MM2)新的微指令集助記符狀態(tài)徵地址徵程序埶據(jù)輸出埶據(jù)打入地址輸出運(yùn)算器移f立控制PC_FATCH_TO->00CBFFFF浮空指令寄存器店FC輸出蹴出寫入+101FFFFFF浮空浮空蹴出+102FFFFFF浮空浮空賺出+103FFFFFF浮空浮空賺出+1NDF04FFFFFF浮空浮空臟出+105FFFFFF浮空浮空峨出+106FFFFFF浮空浮空峨出+107FFFFFF浮空浮空峨出+1MOV A.#11T108C7FFF7存貯器值EM寄存器AFC輸出峨出+1+1TO09CBFFFF浮空指令寄存器起FC輸出峨出寫入+10AFFFFFF浮空浮空蹴出+10BFFFFFF浮空浮空爛出+1MOV 丸R?T1OCFFF7F7寄存器值的寄存器A浮空峨出+1TO0DCBFFFF浮空指令寄存器店FC輸出峨出寫入+10EFFFFFF浮空浮空峨出+1OFFFFFFF浮空浮空峨出+1MOV R£#口T110C7FEIFF存貯器值EM寄存器R?FC輸出唏出+1+1TO11CBFFFF浮空指令寄存器FC輸出唏出寫入+112FFFFFF浮空浮空蹴出+113FFFFFF浮空浮空蹴出+1MOV RHAT114FFFB9FALU直通寄存器R?浮空蹴出+1TO15CBFFFF浮空指令寄存器店FC輸出蹴出寫入+116FFFFFF浮空浮空爛出+117FFFFFF浮空浮空賺出+1Aim A.R?T218FFF7EF寄存器值R?寄存器W浮空臟出+1T119FFFE9UALU直通寄存器A標(biāo)志位C,E浮空加運(yùn)算+1TO1ACBFFFF浮空指令寄存器TRFC輸出嚇出寫入+1
助記符狀態(tài)徵地址徵程序埶據(jù)輸出埶據(jù)打入地址輸出 運(yùn)算器移位控制血PCSUB 扎R?T21CFFFFEF寄存器值R? |寄存器W 浮空 端出+1T1inFFFE91ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z浮空減運(yùn)算+1TOIECBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出蹄出寫A.+1IFFFFFFF浮空浮空蹄出+1RURT120FFFFB7AL1T&移寄存器A浮空騰出帶進(jìn)位右移+1TO21CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出鳩出寫A.+122FFFFFF浮空浮空鳩出+123FFFFFF浮空浮空端出+1RULT124FFFFD7ALU左移寄存器A浮空端出帯進(jìn)位左移+1TO25CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出蹄出寫A.+126FFFFFF浮空浮空蹄出+127FFFFFF淨(jìng)空浮空騰出+1SUET 扎R?T428FFEF9FALU直通堆棧寄存器ST浮空鳩出+1T329FFF7EF寄存器值R?寄存器W浮空鳩出+1T22AFFFE91ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z浮空減運(yùn)算+1T12BFFFF57堆棧寄存器ST寄存器A浮空端出+1l.TOEFTO2CCBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出蹄出寫A.+12DFFFFFF浮空浮空蹄出+12EFFFFFF浮空浮空騰出+12FFFFFFF浮空浮空鳩出+1TEST A.#11T430FFEF9FALU直通堆棧寄存器ST浮空嚇出+1T331C7FFEF存貶器值EM寄存器WFC輸出端出+1+1T232FFFE93ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z浮空與運(yùn)算+1T133FFFF57堆棧寄存器ST寄存器A浮空蹄出+1l.TOEFTO34CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出蹄出寫A.+135FFFFFF浮空浮空鵬出+136FFFFFF浮空浮空鳩出+1其中減測試與位測試均占用5個(gè)節(jié)拍5.用設(shè)計(jì)完成的新指令集編寫實(shí)現(xiàn)無符號二進(jìn)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:輸入乘數(shù),被乘數(shù)將乘數(shù)取至R0,被乘數(shù)取至R1
中間結(jié)果A初始化為o被乘數(shù)已為0?將R1進(jìn)行帶進(jìn)位右移,產(chǎn)生標(biāo)志位信息后存回R1(用W寄存器)檢測移出位為0檢測移出位為0?對A進(jìn)行左移操作,結(jié)果存至A對A進(jìn)行左移操作,并將結(jié)果加上 —n 乘數(shù)R0,結(jié)果存至W將A存入R0,即為最終結(jié)果將乘數(shù)放在R0,被乘數(shù)放在R1中MOVR0,#04H;乘數(shù)MOVR1,#0AH;被乘數(shù)MUL:MOVR2,A;將中間結(jié)果暫存入R2保護(hù)MOVA,R1;得到被乘數(shù)TESTA,#0FH;被乘數(shù)為0?JZEND;為0結(jié)束TESTA,#01H;被乘數(shù)末位為0?ROR;右移,不產(chǎn)生標(biāo)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(jié)果ADDA,R0;末位不為0,則加上乘數(shù)MUL1:ROL;中間結(jié)果左移JMPMUL;循環(huán)ENDENDS2)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(fù)法MOVR0,#08H;除數(shù)MOVR1,#36H;余數(shù)/被除數(shù)MOVR2,#00H;商MOVR3,#05H;移位次數(shù)MOVA,R1;判斷被除數(shù)是否為0TESTA,#0FFHJZOVERF;為0則跳轉(zhuǎn)至除法中斷。置除數(shù)、商為0SUBA,R0JCENDS;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(dòng)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(yīng)大于4位,除法溢出,置除數(shù)商為SUBTA,R0;0FFHJCDIVJMPOVERDIV:MOVA,R1SUBTA,R0 ;測試是否夠減JCDIV1SUBA,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(biāo)志位清0,取消對移位的干擾SUBA,#0HMOVA,R0;將除數(shù)右移RORMOVR0,AMOVA,R2ROL;將商左移,夠減時(shí)商為1ADDA,#01HMOVR2,AMOVA,R3SUBA,#01H;減少技術(shù)次數(shù)MOVR3,AJZENDSJMPDIVDIV1:;不夠減的情況,直接將除數(shù)右移MOVR1,AMOVA,#1HSUBA,#0HMOVA,R0RORMOVR0,AMOVA,R2ROLMOVR2,A;將商左移,不夠減時(shí)商為0MOVA,R3SUBA,#01H ;減少計(jì)數(shù)次數(shù)MOVR3,AJZENDSJMPDIVOVERF:MOVR1,#0MOVR2,#0JMPENDSOVER:MOVR1,#0FFHMOVR2,#0FFHJMPENDSNOP6.上述程序的運(yùn)行情況(跟蹤結(jié)果)按下表填寫描述以上各程序運(yùn)行情況的內(nèi)容。按每個(gè)程序一張表進(jìn)行。程序運(yùn)行的過程乘法指令的運(yùn)行過程,截取前幾個(gè)循環(huán)(10*10的乘法)助記符狀態(tài)徴地址微程序數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)打入.地址輸出運(yùn)算器移位控制uPCPC00_FATCHTO00CBFFFF浮空指令寄存器撫FC輸出唏出寫入.+100NOVRO,#0AT110C7FBFF存貯器值EM寄存器R?FC輸出唏出+1+1TO11CBFFFF浮空指令寄存器撫FC輸出唏出寫入+102MOVRl,#0AT110C7FBFF存貯器值EM寄存器R?FC輸出賺出+1+1TO11CBFFFF浮空指令寄存器TRFC輸出唏出+104NOVR2,AT114FFFB9FALU直通寄存器R?浮空唏出+1TO15CBFFFF浮空指令寄存器撫FC輸出唏出寫扎+105MOVA,R1T1OCFFF7F7寄存器值曲寄存器A浮空唏出+1TOODCBFFFF浮空指令寄存器TRFC輸出賺出+106TESTA,#UFT430FFEF9FALU直通堆棧寄存器ST浮空唏出+1T331C7FFEF存貯器值頤寄存器wFC輸出唏出+1+1T232FFFE93ALU直通寄存器A標(biāo)志位c,Z浮空與運(yùn)算+1T133FFFF57堆棧寄存器ET寄存器A浮空唏出+107MOVA,R3TO34CBFFFF浮空指令寄存器TRFC輸出賺出+108J7 15T154C6FFFF存貯器值EM寄存器FCFC輸出唏出+1寫幾TO55CBFFFF浮空指令寄存器1RFC輸出唏出寫入+1OATESTA,#01T430FFEF9FALU直通堆棧寄存器ST浮空唏出+1T331C7FFEF存貯器值頤寄存器WFC輸出唏出+1+1T232FFFE93ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z浮空與運(yùn)算+1T133FFFF57堆棧寄存器ET寄存器A浮空唏出+1OB_FATCHTO34CBFFFF浮空指令寄存器1RFC輸出唏出寫入+1OCRORT120FFFFB7ALU右移寄存器A浮空唏出帯進(jìn)位右移+1TO21CBFFFF浮空指令寄存器TRFC輸出唏出寫入+1ODMOVRl,AT114FFFB9FALU直通寄存器R?浮空賺出+1TO15CBFFFF浮空指令寄存器TRFC輸出唏出寫入+1OEMOVA.R2T1OCFFF7F7寄存器值R?寄存器A浮空唏出+1TOODCBFFFF浮空指令寄存器1RFC輸出唏出寫入+1
助記符狀態(tài)徵地址徵程序數(shù)據(jù)輸出數(shù)揺打入地址輸出運(yùn)算器移f立控制uPCPCOEMOV扎R2T1OCFFF7F7寄存器值R?寄存器A浮空唏出+1TOODCBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出唏出寫A.+1OFJ7 12T154C6FFFF存貶器值EM寄存器PCFC輸出唏出+1寫入TO55CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出唏出寫A.+112ROLT124FFFFII7ALU左移寄存器A浮空唏出帯進(jìn)位左移+1TO25CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出唏出寫扎+113卩任,04T15CC6FFFF存貶器值EM寄存器氏FC輸出唏出+1寫入TO5DCBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出唏出寫扎+104MOVR2jAT114FFFB9FAL1J直通寄存器曲浮空唏出+1TO15CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出唏出寫入+105MOV扎R1T1OCFFF7F7寄存器值R?寄存器A浮空瞞出+1TOODCBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出瞞出寫入+106TESTA.#0FT430FFEF9FALU直通堆棧寄存器ST浮空瞞出+1T331C7FFEF存貶器值EM寄存器那FC輸出唏出+1+1T232FFFE93ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z浮空與運(yùn)算+1T133FFFF57堆棧寄存器ST寄存器A浮空臟出+107MOV扎R3TO34CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出臟出寫扎+108JZ 15T154C6FFFF存世器值EM寄存器FCFC輸出賺出+1寫幾TO55CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出賺出寫A.+1OATESTA.#01T430FFEF9FALU直通堆棧寄存器ST浮空賺出+1T331C7FFEF存歸器值EM寄存器WFC輸出峨出+1+1T232FFFE93ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z浮空與運(yùn)算+1T133FFFF57堆棧寄存器ST寄存器A浮空爛出+1OB_FATCHTO34CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出賺出寫A.+1OCRORT120FFFFB7ALU右移寄存器A浮空賺出帶進(jìn)f立右移+1TO21CBFFFF浮空指令寄存器IRFC輸出賺出寫入.+1OHMOVRLAT114FFFB9FALU直通寄存器即浮空賺出+1O
除法運(yùn)行結(jié)果(54/8)一個(gè)循環(huán)助記符狀態(tài)徵地址徵程序數(shù)據(jù)輸出數(shù)擁打入地址輸出 運(yùn)算器 移位控制uPCPC00_FATCHTO00CBFFFF浮空 指令寄存器IR 理輸出 嘴出寫幾I+100MOVRD,#08T110C7FBFF存貯器值EM寄存器的FC輸出臟出+1+1TO11CBFFFF浮空指令寄存器理輸出嚇出寫A.+102MOVRl,#36T110C7FBFFCBFFFF存貯器值EM寄存器R?FC輸出賺出+1+1TO11浮空指令寄存器耳FC輸出嚇出寫入+104MOVR2,#UUT110C7FBFFCBFFFF存貯器值EM寄存器R?FC輸出賺出+1+1TO11浮空指令寄存器耳FC輸出蹴出寫入+106MOVR3,#05T110C7FBFF存貯器值頤寄存器的理輸出嘴出+1+1TO11CBFFFF浮空指令寄存器耳FC輸出臟出寫人+108MOV扎R1T1ocFFF7F7寄存器值R?寄存器A浮空嘴出+1TOODCBFFFF浮空指令寄存器耳FC輸出臟出寫人+109TESTA.#FFT430FFEF9FALU直通堆棧寄存器ST浮空嚇出+1T331C7FFEFFFFE93存貯器值EM寄存器wFC輸出賺出+1+1T232ALU直通寄存器A標(biāo)志位c,Z浮空與運(yùn)算+1T133FFFF57CBFFFF堆棧寄存器ST寄存器A浮空賺出+1UAUKDEFFFTO34浮空指令寄存器IRFC輸出蹴出寫入+1UBJ7 40T154CBFFFF存貯器值頤寄存器FC理輸出嘴出+1寫人TO55CBFFFF浮空指令寄存器耳FC輸出臟出寫人+1UDMOVA.ROT1OCFFF7F7寄存器值R?寄存器A浮空嚇出+1TOODCEFFFFFFFFD7浮空指令寄存器TRFC輸出賺出寫幾+1UERULT124AL1咗移寄存器A浮空嚇出帝進(jìn)位左移+1TO25CBFFFFFFFFD7浮空指令寄存器店FC輸出賺出寫幾+1OFRULT124ALU左移寄存器A浮空蹴出帯進(jìn)位左移+1TO25CBFFFF浮空指令寄存器IR理輸出嘴出寫幾+110RULT124FFFFD7ALU左移寄存器A浮空臟出帶進(jìn)位左移+1TO25CBFFFF浮空指令寄存器IR理輸出嘴出寫幾+111RULT124FFFFD7|alu左移1寄存器A|臟出|帶進(jìn)位左移|pi
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