計算機組成原理除法課程設(shè)計(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計說明書題目: 設(shè)計指令系統(tǒng) 院 系：計算機科學與工程學院 專業(yè)班級： 計算機10-03班 學 號： 學生姓名： 胡敬杰 指導教師： 劉向舉 2013年1 月10日 安徽理工大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 計算機科學與工程 學院 監(jiān)控與嵌入式技術(shù)系 學 號學生姓名胡敬杰專業(yè)（班級）計算機10-3班設(shè)計題目設(shè)計指令系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)1.本系統(tǒng)采用DJ-CPTH超強型計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)搭建電路圖，在實驗箱上實現(xiàn)指令系統(tǒng)。2.利用軟件工程中的可行性研究以及分析方法，進行系統(tǒng)分析。設(shè)計要求1在基本模型機的基礎(chǔ)上設(shè)計取數(shù)、存數(shù)、輸入、輸出、與、或、非、加法、減法、移位指

2、令等,用這些指令的助記符不得與指導書上相同。2.指令包括立即數(shù)尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址三種尋址方式。3利用新構(gòu)建的指令系統(tǒng)編程，分別實現(xiàn)求補、同或、異或、乘法、除法、兩存儲單元數(shù)據(jù)交換等功能。工作量1.課程設(shè)計說明書2000字；2.畫出流程圖,編寫微指令代碼和程序。工作計劃1.首先認真研究老師所給的題目，了解題目要求做什么。2.查閱資料，解決難題。3.編寫源程序并調(diào)試之。4.寫課程設(shè)計說明書參考資料1 蔣本珊計算機組成原理(第2版)北京：清華大學出版社，20112 白中英計算機組成原理(第二版)北京：科學出版社，20083 DJ-CPTH超強型計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗指導書4

3、沈美明.匯編語言程序設(shè)計 北京：清華大學出版社指導教師簽字教研室主任簽字2012年 12月17日專心-專注-專業(yè)指導教師評語：成績： 指導教師： 年 月 日安徽理工大學課程設(shè)計（論文）成績評定表摘要 本次計算機組成原理課程設(shè)計課題是基本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)。利用CPU與簡單模型機來實現(xiàn)計算機組成原理課程設(shè)計，編寫指令的應(yīng)用程序，用微程序控制器實現(xiàn)一系列的指令功能，最終達到將理論與實踐相聯(lián)系。本次設(shè)計完成了相關(guān)指令的格式以及編碼的設(shè)計，實現(xiàn)了機器指令微代碼，完成具有一定功能的程序。在基本模型機的基礎(chǔ)上構(gòu)建一組能實現(xiàn)輸入、輸出、加、減、邏輯與、邏輯或、邏輯非、轉(zhuǎn)移指令等8個功能的指令,這些指令的助記

4、符不得與指導書上相同。指令包括立即數(shù)尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址三種尋址方式。利用新構(gòu)建的指令系統(tǒng)編程，實現(xiàn)交換兩存儲單元數(shù)據(jù)的功能。關(guān)鍵字：指令系統(tǒng)，尋址方式，算術(shù)邏輯目錄51系統(tǒng)分析1.1 設(shè)計背景一臺計算機所能執(zhí)行的各種指令集合稱為指令系統(tǒng)或指令集。一臺特定的計算機只能執(zhí)行自己指令系統(tǒng)中的指令。因此，指令系統(tǒng)就是計算機的機器語言。指令系統(tǒng)表征著計算機的基本功能和使用屬性，它是計算機系統(tǒng)設(shè)計中的核心問題。指令系統(tǒng)的設(shè)計主要括指令功能、操作類型的設(shè)計，尋址方式和指令格式的設(shè)計。 計算機的性能與它所設(shè)置的指令系統(tǒng)有很大的關(guān)系，指令系統(tǒng)反映了計算機的主要屬性，而指令系統(tǒng)的設(shè)置又與機器的硬

5、件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令，而指令系統(tǒng)是一臺計算機中所有機器指令的集合。通常性能較好的計算機都設(shè)置有功能齊全、通用性強、指令豐富的指令系統(tǒng)，而指令功能的實現(xiàn)需要復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)來支持。 本課程設(shè)計的模型機的指令碼為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。在微程序控制方式下，用指令碼作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。在本模型機中，一條指令最多分為四個狀態(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

6、器的讀寫。簡言之，這次設(shè)計，計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個指令周期，全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應(yīng)一條微程序，一條微程序又有若干微指令組成，一條微指令的功能由24位操作信號（即控制位）實現(xiàn)。本設(shè)計是在DJ-CPT816計算機組成原理實驗儀和仿真軟件上進行的24位控制位分別介紹如下：XRD：外部設(shè)備讀信號，當給出個外設(shè)的地址后，輸出此信號，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。EMWR：程序存儲器EM寫信號EMRD：程序存儲器EM讀信號PCOE：將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上EMEN：將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通

7、，有EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫入EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)到DBUSIREN：將程序存儲器EM獨處的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計數(shù)器uPCEINT：中斷返回時清除中斷響應(yīng)和中斷請求標志，便于下次中斷。ELP：PC打入允許，與指令寄存器的IR2.，IR3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MARMAROE：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)存到堆棧寄存器里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

8、R0-R3，寄存器R？的選擇由指令的最低兩位決定CN：決定運算器是否帶進位移位，CN=1帶進位，CN=0不帶進位FEN：將標志位存入ALU內(nèi)部的標志寄存器X2，X1，X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的哪個寄存器，見表1WEN：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,S0三位組合決定ALU做何種運算，見表2表1 選擇具體的寄存器X2 X1 X0輸出寄存器0 0 0IN_OE 外部輸入門0 0 1IA_OE 中斷向量0 1 0ST_OE 堆棧寄存器0 1 1PC_OE PC寄存器1 0 0D_OE 直通門1 0 1R_OE 右移門1

9、 1 0L_OE 左移門1 1 1沒有輸出表2 ALU運算S2 S1 S0功能0 0 0A+W 加0 0 1A-W 減0 1 0A|W 或0 1 1A & W 與1 0 0A+W+C 帶進位加1 0 1A-W-C 帶進位減1 1 0A A取反1 1 1A 輸出A1.2 設(shè)計目標本課程設(shè)計要求實現(xiàn)機器指令：MOV（傳送）、OUTE（輸出）、 AND（邏輯與）、ORE（邏輯或）、ADDE（不帶進位算術(shù)加）、ADDCE（帶進位算術(shù)加）、SUBE（不帶進位算術(shù)減）、JCE、JZE、JMPE（轉(zhuǎn)移指令）。并且要包括立即數(shù)尋址，寄存器直接尋址，存儲器直接尋址三種尋址方式。最后要在設(shè)計的指令系統(tǒng)基礎(chǔ)

10、上，編寫程序?qū)崿F(xiàn)除法功能。2系統(tǒng)設(shè)計2.1 模型機的指令系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計出的指令要包括傳送、邏輯與、邏輯或、算術(shù)加、減運算、輸入、輸出、轉(zhuǎn)移這八種指令，且要運用立即數(shù)尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址三種尋址方式。由此設(shè)計出新的指令系統(tǒng)，如下截圖 圖2.1新的指令系統(tǒng)2.2 模型機的微指令設(shè)計(1)微指令的24位控制位如下：(2) 設(shè)計出的微指令集如下表：助記符 狀態(tài)微地址微程序數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)打入地址輸出運算器uPCPC_FETCH_T000CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入101FFFFFFA輸出102FFFFFFA輸出103FFFFFFA輸出1ADD A,#*T204C

11、7FFEF存儲器值EM寄存器WA輸出11T105FFFE90ALU直通寄存器A，標志位C,ZPC輸出加運算1T006CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入107FFFFFFA輸出1SUB A,#*T208C7FFEF存儲器值EM寄存器WPC輸出A輸出11T109FFFE91ALU直通寄存器A 標志位C,Z減運算1T00ACBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入10BFFFFFFA輸出1AND R,#*T30CC7FFEFA輸出1T20DFFF7F7指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入1T10EFFFE93A輸出1T00FCBFFFFA輸出1OUTT110FFDF9FALU直通用戶OUTA

12、輸出1T011CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入112FFFFFFA輸出113FFFFFFA輸出1JMP *T114C6FFFF存儲器值EM寄存器PCPC輸出A輸出1寫入T015CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入116FFFFFFA輸出117FFFFFFA輸出1MOV R?,#*T118C7FBFF存儲器值EM寄存器R?PC輸出A輸出11T019CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入11AFFFFFFA輸出11BFFFFFFA輸出1JZ *T11CC6FFFF存儲器值EM寄存器PCPC輸出A輸出1寫入T01DCBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入11FFFFFF

13、FA輸出120FFFFFFA輸出1RR R?T121FFF7F7存儲器值EM寄存器PCPC輸出A輸出1寫入T022FFF9BF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入123CBFFFFA輸出124FFFFFFA輸出1MOV A,#*25C7FFF726CBFFFF27FFFFFF28FFFFFFAND A,#*29C7SUB R1,AFFEF2AFFFE932BCBFFFF2CFFFFFFMOV A,R2DFFF7F72FCBFFFF30FFFFFF31FFFFFFEND32CBFFFF33FFFFFF34FFFFFF35FFFFFF2.3實現(xiàn)除法功能的程序設(shè)計程序設(shè)計思路：先將兩個立即數(shù)存入寄存器r

14、0（被除數(shù)）和r1（除數(shù)），然后判斷除數(shù)是否為零，是則輸出結(jié)果為0，結(jié)束程序，否則繼續(xù)第二步，將除數(shù)右移一位，再檢查除數(shù)是否為零，是則輸出結(jié)果r0中的數(shù)結(jié)束，否則進入第三步，將除數(shù)右移然后將被除數(shù)右移，檢查被除數(shù)是否為零，是則輸出0結(jié)束，否則調(diào)到第三步繼續(xù)運行。判斷r1是否為0發(fā)#*>r0#*>r1除數(shù)右移結(jié)束除數(shù)是否為0被除數(shù)，除數(shù)右移被除數(shù)是否為0輸出r0源程序截圖如下：3系統(tǒng)實現(xiàn)1.按照系統(tǒng)分析中得到的指令集，在DJ-CPT816實驗軟件中新建指令系統(tǒng)，生成.mac文件和.mic文件。2.在DJ-CPT816實驗軟件中新建.asm文件,輸入程序：MOV A,#00H MOV

15、R0,#11H MOV R1,#07H AND R1,#01H JZ S1 ADD A,#01 S1:AND R1,0FH JZ S2 RR R1 AND R1,0FH JZ S3 S5:RR R1 RR R0 AND R0,0FH JZ S2 AND R1,0FH JZ S4 JMP S5 S2:MOV A,#00H JMP E S3:MOV A,R0 JMP E S4:AND A,0FH JZ S6 MOV A,R0 SUB A,#01 JMP E S6:MOV A,R0 E:OUT A END 3. 將程序另存為.asm文件，再匯編成機器碼，調(diào)試窗口會顯示出程序、機器碼、反匯編指令,如圖

16、3.1 圖3.1程序、機器碼、反匯編指令4.實驗結(jié)果：使用DJ-CPTH運行此程序后得出了正確的結(jié)果，故實現(xiàn)了設(shè)計要求。4總結(jié)通過本次課程設(shè)計，我鞏固了所學的計算機組成原理中有關(guān)指令系統(tǒng)、總線系統(tǒng)等方面的知識，進一步加深了對計算機組成原理實驗儀的使用方法的了解，能夠更加熟練的使用計算機組成原理實驗儀，同時還讓我復(fù)習并運用了算法設(shè)計與分析和匯編語言的內(nèi)容，此次課程設(shè)計進一步鞏固和提高了自己的基礎(chǔ)知識。通過這次課程設(shè)計，既鍛煉了我的動手能力，又鍛煉了我的動腦能力，使我理論聯(lián)系實際，使所學的知識不再枯燥無味，將所學的知識運用到實際，讓我掌握這些知識更牢固。在查找資料的同時也鍛煉了自己的自學能力，還提高了獲取有用信息的能力。 同時課程設(shè)計過程中與組內(nèi)成員的積極合作培養(yǎng)了自己的團隊意識，讓自己再一次認識到了團隊合作的重要性。此次做課程設(shè)計也為自己積累了必要的經(jīng)驗，做課程設(shè)計或者以后做項目一定在最開始有個大體的設(shè)計思路，按照設(shè)計思路一步步的做，沒有設(shè)計思路盲目做的話，會導致設(shè)計混亂，浪費大量時間。而且在做課程設(shè)計的過程中需要查閱大量資料，積極與組員合作，選擇方法時要嚴謹，如果遇到錯誤要盡快尋求到解決的辦法，以防止影響以后的設(shè)計。 本次課程設(shè)計對我來說是一次很好的實踐機會，鍛煉了自己的動手能力，讓我能