計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告1809

計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：完成時(shí)間：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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)序進(jìn)行設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。法運(yùn)算的微程序；之后編寫實(shí)現(xiàn)乘法和除法的程三、課程設(shè)計(jì)用使的設(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)1．詳細(xì)了解并掌握COP2000模型機(jī)指令系統(tǒng)的特點(diǎn)：的具體內(nèi)容（步驟）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)該模型機(jī)具有一套完善的指令系統(tǒng)，有算數(shù)運(yùn)算指令，邏輯運(yùn)算指令，賦值運(yùn)算指令，轉(zhuǎn)移指令，調(diào)子程序指令，中斷指令，端口輸入輸出指令，外部設(shè)備輸入輸出指令。該指令系統(tǒng)同時(shí)也具有完善的尋址方式，如累加器尋址，寄存器尋址，寄存器間接尋址，立即數(shù)尋址，存儲(chǔ)器尋址等。模型機(jī)的指令碼為8位，根據(jù)指令類型的不同，可以有0到2個(gè)操作數(shù)。指令碼的最低兩位用來選擇R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令碼做為微地址來尋址微程序存儲(chǔ)器，找到執(zhí)行該指令的微程序。在本模型機(jī)中，一條指令最多分四個(gè)狀態(tài)周期，一個(gè)狀態(tài)周期為一個(gè)時(shí)鐘脈沖，每個(gè)狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)模的各種功能。微指令系統(tǒng)的特點(diǎn)（包括其微指令格式的說明等）：微指令系統(tǒng)有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選擇運(yùn)算儲(chǔ)器的讀寫。24位控制位分別介紹如下：型機(jī)該模型機(jī)模型機(jī)器的運(yùn)算功能，存XRD：外部設(shè)備讀信號(hào)，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號(hào)，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。EMWR：程序存儲(chǔ)器EM寫信號(hào)。

EMRD：程序存儲(chǔ)器EM讀信號(hào)。PCOE：將程序計(jì)數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。EMEN：將程序存儲(chǔ)器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通，由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫到EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。IREN：將程序存儲(chǔ)器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計(jì)數(shù)器uPC。EINT：中斷返回時(shí)清除中斷響應(yīng)和中斷請(qǐng)求標(biāo)志，便于下次中斷。ELP：PC打入允許，與指令寄存器的IR3、IR2位結(jié)合，控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。MAROE：將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上。OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里。STEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。RRD：讀寄存器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。RWR：寫寄存器組R0-R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。CN：決定運(yùn)算器是否帶進(jìn)位移位，CN=1帶進(jìn)位，CN=0不帶進(jìn)位。FEN：將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器。X2,X1,X0：X2、X1、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。WEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄存器W中。AEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。S2,S1,S0：S2、S1、S0三位組合決定ALU做何種運(yùn)算。2。計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)乘法和除法的原理（1）無符號(hào)乘法①實(shí)例演示（即，列4位乘法具體例子演算的算式）：0AH*0BH=1010*1011=1010+10100+0+1010000=1101110=6EH②硬件原理框圖：Y右移移位和加控制器Y移出位控制加法左移部分積部分積R加法器X和左移③算法程流圖：開始0—>A;被乘數(shù)—>X;乘數(shù)—Q；n—>CQn=1?A+X-XA,Q同時(shí)右移一位C-1CNC=0?結(jié)束（2）無符號(hào)除法①實(shí)例演示（即，列4位除法具體例子演算的算式）：29H/07H=00101001/011100101001-01110000<000101001-00111000<000101001-00011100=00001101>000001101-00001110<000001101-00000111=00000110>0所以結(jié)果為00101=5H余數(shù)為00000110=6H②硬件原理框圖：X結(jié)果借位減法器控制器控制減法結(jié)果輸出右移左移結(jié)果加法器左移4位的YR③算法流程圖：3．對(duì)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）乘法：R0對(duì)應(yīng)被乘數(shù)，R1對(duì)應(yīng)乘數(shù)，結(jié)果保存在R2中除法：R0對(duì)應(yīng)被除數(shù)，R1對(duì)應(yīng)除數(shù)，結(jié)果的商保存在R2中，余數(shù)保存在R0中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)）5．用設(shè)計(jì)完成的新指令集編寫實(shí)現(xiàn)無符號(hào)二進(jìn)制乘法、除法功能的匯編語(yǔ)言程序（1）乘法4位乘法的算法流程圖與匯編語(yǔ)言程序清單：MOVMOVMOVR0,#0BHR1,#09HR2,#0HMOVR3,#03H這里是對(duì)被乘數(shù)做右移;操作LP:RLR1;R1*2->R1;R3-1->R3SUBR3,#01HJZJMPBEGAINLP;R3=0BEGAIN:MOVR3,#04H置計(jì)算器;LOOP:RLR2;R2*2->R2MOVWADDWR1R1;R1*2->R1JCAD原R1最高位為1;JMPAAAAD:MOVWADDWR0R2;R0->W;R2+W->R2AAA:SUBJZJMPR3,#01HENDDLOOPENDD:MOVOUTENDA,R2（2）除法4位除法的算法流程圖與匯編語(yǔ)言程序清單：MOVMOVMOVMOVR0,#15HR1,#06HR2,#00HR3,#03HLP:這里是對(duì)被乘數(shù)做右移;操作RLR1;R1*2->R1SUBR3,#01H;R3-1->R3JZBEGJMPLP;R3=0BEG:MOVMOVWSUBW置R3,#04H計(jì)算器;;R0->WR1R0;R0-W->R0LOOP:TANDR0,#80H取與,不保存結(jié)果;R0,00H;RO>0JZAAAANDRLR2,#0FEHR2;R2&0FEH->R2;2*R2->R2MOVA,R1;R1->AJMPNEXTAAA:ORRLR2,#01HR2;R2|01H->R2MOVNOTADDA,#01HA,R1取反+1（其負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼）;ANEXT:ADDA,R0;2*R0+A->R0,(A=+ADDR0,ASUBR3,#01H;R3-1->R3JZJMPNEXT2LOOPNEXT2:

TANDJZR0,#80HEND1;compareR0,0;RO<0;R2&0FEH->R2ANDMOVADDJMPR2,#0FEHA,R1R0,A;R0+R1->R0END2END1:END2:ORR2,#01H;R2|01H->R2MOVORA,R0結(jié)果R2,A保存在R2里，高;四位為余數(shù)，低四位為商OUTEND6．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1.乘法2.除法7．設(shè)計(jì)結(jié)果說明做除法時(shí)將R3設(shè)為除數(shù)，當(dāng)比較R1與R3相等時(shí)，程序退出，使得最后一位沒有計(jì)算，解決方法是將R3設(shè)為除數(shù)右移一位之后的數(shù)。五、本次課程設(shè)計(jì)的總結(jié)體會(huì)（不少于200字）首先在此次課程設(shè)計(jì)過程中鍛煉到的就是獨(dú)立分析問題的能力。在最初盲目到有條理的去學(xué)習(xí)去解決問題，最后做出自己的程序也很有成就感。而且在本次課程設(shè)計(jì)過程中，打破了以前對(duì)計(jì)算機(jī)的那種莫名的神秘感，將掌握的計(jì)算機(jī)組成基本理論應(yīng)用與實(shí)踐中，通過實(shí)際的操作對(duì)計(jì)算機(jī)