計算機組成原理課程設(shè)計

1、<p>　　計算機組成原理課程設(shè)計報告</p><p>　　班級：計算機 班 姓名： 學號： </p><p>　　完成時間： </p><p><b>　　一、課程設(shè)計目的</b></p><p>　　1．在實驗機上設(shè)計實現(xiàn)機器指令及

2、對應的微指令（微程序）并驗證，從而進一步掌握微程序設(shè)計控制器的基本方法并了解指令系統(tǒng)與硬件結(jié)構(gòu)的對應關(guān)系；</p><p>　　2．通過控制器的微程序設(shè)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；</p><p>　　3．培養(yǎng)綜合實踐及獨立分析、解決問題的能力。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計的任務(wù)</b>&l

3、t;/p><p>　　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(shè)計全新的指令系統(tǒng)并編寫對應的微程序；之后編寫實現(xiàn)乘法和除法的程序進行設(shè)計的驗證。</p><p>　　三、 課程設(shè)計使用的設(shè)備（環(huán)境）</p><p><b>　　1．硬件</b><

4、/p><p>　　COP2000實驗儀</p><p><b>　　PC機</b></p><p><b>　　2．軟件</b></p><p>　　COP2000仿真軟件</p><p>　　四、課程設(shè)計的具體內(nèi)容（步驟）</p><p>　　1．詳細了

5、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)</p><p>　　（1）該模型機指令系統(tǒng)的特點：</p><p>　　模型機的指令碼為8位，根據(jù)指令類型的不同，可以有0到2個操作數(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器，找到執(zhí)行該指令的微程序。而在組合邏輯控制方式中，按時序用指令碼產(chǎn)生相應的控制位。在本模

6、型機中，一條指令最多分四個狀態(tài)周期，一個狀態(tài)周期為一個時鐘脈沖，每個狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯，實現(xiàn)模型機的各種功能。模型機有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選擇運算器的運算功能，存儲器的讀寫。</p><p><b>　?、倌Ｐ蜋C指令集分類</b></p><p><b>　　②模型機尋址方式</b></p><p&g

7、t;<b>　　③模型機指令格式</b></p><p>　?。?）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）：</p><p>　　該模型機的微命令是以直接表示法進行編碼的，其特點是操作控制字段中的每一位代表一個微命令。這種方法的優(yōu)點是簡單直觀，其輸出直接用于控制。缺點是微指令字較長，因而使控制存儲器容量較大。</p><p>&l

8、t;b>　　①模型機微指令格式</b></p><p>　?、?模型機微指令格式的說明</p><p>　　模型機有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選擇運算器的運算功能，存儲器的讀寫。微程序控制器由微程序給出24位控制信號，而微程序的地址又是由指令碼提供的，也就是說24位控制信號是由指令碼確定的。該模型機的微指令的長度為24位，其中微指令中只含有微命令字段，沒有微地

9、址字段。其中微命令字段采用直接按位的表示法，哪位為0，表示選中該微操作，而微程序的地址則由指令碼指定。這24位操作控制信號的功能如下表所示：（按控制信號從左到右的順序依次說明）</p><p>　　COP2000中有7個寄存器可以向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù), 但在某一特定時刻只能有一個寄存器輸出數(shù)據(jù). 由X2,X1,X0決定那一個寄存器輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　COP2000中的運算器由一片

10、EPLD實現(xiàn). 有8種運算, 通過S2,S1,S0來選擇。運算數(shù)據(jù)由寄存器A及寄存器W給出, 運算結(jié)果輸出到直通門D。</p><p>　　2. 計算機中實現(xiàn)乘法和除法的原理</p><p><b>　?。?）無符號乘法 </b></p><p>　?、賹嵗菔荆矗?位乘法具體例子演算的算式）：</p><p>　　

11、0 1 1 1 ；被乘數(shù)07</p><p>　　× 0 1 0 1 ；乘數(shù)05</p><p>　　0 0 0 0 ；中間結(jié)果（R0）初始值設(shè)為0</p><p>　?。?0 1 1 1 ；乘數(shù)0101最低位為1，R0<-

12、R0+0111，</p><p>　?。槐怀藬?shù)左移，乘數(shù)右移一位為0010。 </p><p>　　0 1 1 1 ；中間結(jié)果(R0=7)</p><p>　　＋ 0 0 0 0 ；乘數(shù)最低位為0，加0 ，R0不變</p><p>　　；被乘數(shù)左移一位，乘數(shù)右移一位為0

13、001 </p><p>　　0 0 1 1 1 ；中間結(jié)果(R0=8)</p><p>　?。?0 1 1 1 ；乘數(shù)最低位為1，R0<-R0+100000，</p><p>　　；被乘數(shù)左移一位，乘數(shù)右移一位為0000</p><p>　　1 0 0

14、0 1 1 ；中間結(jié)果R0=35</p><p>　?。?0 0 0 0 ；乘數(shù)最低位為0，加0，R0不變</p><p>　??；被乘數(shù)左移一位，乘數(shù)右移一位0000。</p><p>　?。?） 0 1 0 0 0 1 1 ；計算完畢，結(jié)果為0100011 <

15、;/p><p>　　即：0111×0101=01000011（23十進制是35）</p><p><b>　　②硬件原理框圖：</b></p><p><b>　?、鬯惴鞒虉D：</b></p><p>　　在模型機上實現(xiàn)無符號數(shù)乘法運算時，采用“加法—移位”的重復運算方法。因此，無符號乘法的

16、算法流程圖如下圖所示：</p><p><b>　　（2）無符號除法</b></p><p>　?、賹嵗菔荆矗?位除法具體例子演算的算式）：</p><p>　　0 1 0 1 1</p><p>　　1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 ；被除數(shù)<

17、/p><p>　　1 0 0 1 ；除數(shù)</p><p><b>　??；減去除數(shù)</b></p><p>　　1 1 0 1 0 ；余數(shù)為負，C=1,商上0 </p><p>　　1 0 0 1 ；商左移

18、一位,除數(shù)右移一位</p><p><b>　?。患由铣龜?shù)</b></p><p>　　0 0 0 1 1 1 ；余數(shù)為正，C=0,商上1 </p><p>　　1 0 0 1 ；商左移一位,除數(shù)右移一位</p><p><b>　　；減去除數(shù)&l

19、t;/b></p><p>　　1 1 1 1 1 0 0 ；余數(shù)為負，C=1,商上0</p><p>　　1 0 0 1 ；商左移一位,除數(shù)右移一位</p><p><b>　?。患由铣龜?shù)</b></p><p>　　0 0 0 0 1 0 1

20、0 ；余數(shù)為正，C=0,商上1 </p><p>　　1 0 0 1 ；商左移一位,除數(shù)右移一位</p><p><b>　　；減去除數(shù)</b></p><p>　　0 0 0 0 0 0 0 1 ；余數(shù)為正，C=0,商上1，余數(shù)為1</p><p><b&g

21、t;　??；余數(shù)為正不用處理</b></p><p>　　即：01100100/1001=1011…0001(100/9=11…1)</p><p><b>　　②硬件原理框圖：</b></p><p><b>　?、鬯惴鞒虉D：</b></p><p>　　在模型機上實現(xiàn)無符號數(shù)除法運算

22、時，采用“加減交替算法”的運算方法。因此，無符號除法的算法流程圖下圖所示：</p><p>　　3．對應于以上算法如何分配使用COP2000實驗儀中的硬件</p><p><b>　?。?）無符號乘法</b></p><p>　　符號乘法對應于COP2000實驗儀的硬件具體分配使用情況如下表所示：</p><p><

23、;b>　?。?）無符號除法</b></p><p>　　無符號除法對應于COP2000實驗儀的硬件具體分配使用情況如下表所示：</p><p>　　4．在COP2000集成開發(fā)環(huán)境下設(shè)計全新的指令/微指令系統(tǒng)</p><p>　　設(shè)計結(jié)果如表所示（可按需要增刪表項）</p><p><b>　　新的指令集</

24、b></p><p>　　（設(shè)計兩個不同指令集要分別列表）</p><p><b>　　新的微指令集</b></p><p>　　5．用設(shè)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</p><p><b>　?。?）乘法</b></p><p>　

25、　4位乘法的算法流程圖與匯編語言程序清單：</p><p>　　MOV R0,#06H</p><p>　　MOV R1,#05H</p><p><b>　　CLR R2</b></p><p>　　P: TEST R1</p><p><b>　　JZ W</b

26、></p><p><b>　　RRC R1 </b></p><p><b>　　JC S</b></p><p>　　Q: RL R0</p><p><b>　　JMP P</b></p><p>　　S: MOV A,R

27、0</p><p><b>　　ADD R2,A</b></p><p><b>　　JMP Q</b></p><p><b>　　W: ENDP</b></p><p><b>　　（2）除法（選作）</b></p><p&

28、gt;　　4位除法的算法流程圖與匯編語言程序清單：</p><p>　　MOV R0,#08H</p><p>　　MOV R1,#00H</p><p><b>　　MOV A,R1</b></p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p>&l

29、t;b>　　RR R3</b></p><p><b>　　CLR R2</b></p><p><b>　　TEST R1</b></p><p>　　JZ OVERFLOW</p><p><b>　　RL R1</b></p>

30、<p><b>　　RL R1</b></p><p><b>　　RL R1</b></p><p><b>　　RL R1</b></p><p><b>　　MOV A,R0</b></p><p><b>　　SUB

31、A,R1</b></p><p><b>　　JC B1</b></p><p>　　JMP OVERFLOW</p><p>　　B0: MOV A,R3</p><p><b>　　SUB A,R1</b></p><p><b&g

32、t;　　JZ OVER</b></p><p><b>　　MOV A,R0</b></p><p><b>　　SUB A,R1</b></p><p><b>　　JC B1</b></p><p><b>　　JMP B2</b&

33、gt;</p><p>　　B1: ADD A,R1</p><p>　　B2: MOV R0,A</p><p><b>　　RR R1</b></p><p><b>　　RLC R2</b></p><p><b>　　JMP

34、 B0</b></p><p>　　OVERFLOW: MOV R0,#0FFH</p><p>　　MOV R1,#0FFH</p><p>　　MOV R2,#0FFH</p><p>　　MOV R3,#0FFH</p><p>　　JMP ENDD</p><p&g

35、t;　　OVER: NOT R2</p><p>　　AND R2,#0FH</p><p>　　ENDD: ENDP</p><p>　　6．上述程序的運行情況（跟蹤結(jié)果）</p><p>　　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。</p><p>　　乘法跟蹤表格（截圖）：</

36、p><p>　　除法跟蹤表格（截圖）：</p><p><b>　　7．設(shè)計結(jié)果說明</b></p><p>　　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(shè)計的情況出現(xiàn)？請在此做具體說明。</p><p>　　五、本次課程設(shè)計的總結(jié)體會（不少于200字）</p><p>　　主要總結(jié)