COP2000實(shí)現(xiàn)原碼一位除法

1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱：計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：COP2000實(shí)現(xiàn)原碼一位除法院（系）：計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)：24010103學(xué) 號(hào)：2012040101012姓 名：程院指導(dǎo)教師：楊華完成日期：2015年01月15日目 錄第1章總體設(shè)計(jì)方案21.1 設(shè)計(jì)原理21.2 設(shè)計(jì)思路21.3 設(shè)計(jì)環(huán)境2第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案42.1 總體方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 42.1.1 總體方案的邏輯圖42.1.2 算法流程圖52.2 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)62.2.1 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)6第3章驗(yàn)證測(cè)試93.1驗(yàn)證測(cè)試9參考文獻(xiàn)10附錄（源代碼） 11第1章總體設(shè)計(jì)方案1.1

2、 設(shè)計(jì)原理原碼一位除，即兩個(gè)原碼數(shù)相除，商的符號(hào)為除數(shù)和被除數(shù)的符號(hào)異或值。 采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)原碼一位除法器，算法為恢復(fù)余數(shù)法。利用恢復(fù)余數(shù)的方 法來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。1.2 設(shè)計(jì)思路算法為恢復(fù)余數(shù)法，先用被除數(shù)減去除數(shù)，如果結(jié)果為正數(shù)商1,然后左移，如果是負(fù)數(shù)商0然后加上Y的補(bǔ)，繼續(xù)運(yùn)算。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從實(shí)驗(yàn)箱的開(kāi)關(guān)輸入到R0,R1,R2三個(gè)寄存器中，R0為被除數(shù)，R1為除數(shù)，R2為商。運(yùn)算過(guò)程采用恢復(fù)余數(shù)法。主要判斷被除數(shù)減 去除數(shù)的商值。如果為負(fù)，商0然后加除數(shù)然后左移。如果商值為正商 1,左移。 數(shù)據(jù)都存放在寄存器中，最后結(jié)果在 OUT寄存器中顯示。1.3 設(shè)計(jì)環(huán)境COP2000模型

3、機(jī)包括了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CPU所具備所有部件，這些部件包括：運(yùn)算 器ALU累加器A、工作寄存器 W左移門(mén)L、直通門(mén)D右移門(mén)R寄存器組R0-R3 程序計(jì)數(shù)器PC地址寄存器MAR堆棧寄存器SK中斷向量寄存器IA、輸入端口 IN、輸出端口寄存器OUT程序存儲(chǔ)器EM指令寄存器IR、微程序計(jì)數(shù)器uPC 微程序存儲(chǔ)器uM以及中斷控制電路、跳轉(zhuǎn)控制電路。其中運(yùn)算器和中斷控制電 路以及跳轉(zhuǎn)控制電路用 CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)，其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。微 程序控制部分也可以用組合邏輯控制來(lái)代替。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(lái)選擇R0-R3寄存器，在微程序控制方式

4、中，用指令碼做為 微地址來(lái)尋址微程序存儲(chǔ)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(shí)序用指令碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制位。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)模型機(jī)的各種功能ADD A, R? 將寄存器R?勺值加入累加器A中ADD A, #II 立即數(shù)#II加入累加器A中SUB A, #II 從累加器中減去立即數(shù)后加入累加器 A中AND A, #II 累加器A “與立即數(shù)II(2)數(shù)據(jù)傳送指令MOV A, R? 將寄存器R?勺值送到累加器A中MOV R? ,#II 將立即數(shù)II存放到寄存器 R?+MOV R?, A 將

5、累加器A中的值送到寄存器 A中(3)移位指令RR A 累加器A右移RL A 累加器A左移(4)跳轉(zhuǎn)指令JZ MM 若零標(biāo)志位置1,跳轉(zhuǎn)到 MMlft址JMP MM 跳轉(zhuǎn)到MM(5)位運(yùn)算AND A, R? 累加器A “與寄存器 R?勺值(6)輸入輸出OUT 將累加器A中數(shù)據(jù)輸出到輸出端口第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1 總體方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)原碼一位除，算法為恢復(fù)余數(shù)法，當(dāng)余數(shù)為負(fù)時(shí)，需加上除數(shù)， 將其恢 復(fù)城原來(lái)的余數(shù)。商值的確定是通過(guò)比較被除數(shù)和除數(shù)的絕對(duì)值的大小， 即x”-y” 實(shí)現(xiàn)的，而計(jì)算機(jī)內(nèi)只設(shè)加法器，所以需要將 乂-丫”操作變?yōu)閷a(bǔ)+|丫|補(bǔ)得操作。2.1.1 總體方案的邏輯圖圖2.1

6、如上邏輯框圖2.1.1中所示，R0、R1、R2均是8位的寄存器。R0是被除數(shù),R1 是除數(shù),R2為商。其結(jié)果在OUT中輸出。2.1.2算法流程圖算法流程圖如圖2,3所示。除法開(kāi)始前，R2寄存器被清0,準(zhǔn)備接收商，被 除數(shù)的原碼放在R0寄存器中，除數(shù)的原碼放在 R1寄存器中，計(jì)數(shù)器R3中存放 需要移位的次數(shù)。除法開(kāi)始后，首先判斷除數(shù)是否為 0,若除數(shù)為0則進(jìn)行處理， 若不為0,則用被除數(shù)減去除數(shù)，若運(yùn)算結(jié)果大于 0,商上1。若結(jié)果小于0,商 00然后被除數(shù)左移一位，計(jì)數(shù)器減 1。當(dāng)計(jì)數(shù)器R3內(nèi)容為0時(shí)，結(jié)束運(yùn)算。2.2 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.2.1 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.2.1.1 功能描述主要

7、模塊包括：循環(huán)控制模塊、加減運(yùn)算模塊、商符運(yùn)算模塊。循環(huán)控制模塊：通過(guò)計(jì)數(shù)器內(nèi)容控制運(yùn)算過(guò)程。若計(jì)算器大于0,繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)算；若計(jì)算器為0,結(jié)束運(yùn)算。主要應(yīng)用恢復(fù)余數(shù)過(guò)程。圖2.3循環(huán)模塊流程圖加減運(yùn)算模塊：實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算功能，當(dāng)余數(shù)為正時(shí)，商加 1 ,當(dāng)余數(shù)為負(fù)時(shí)，商加00商符運(yùn)算模塊：通過(guò)異或運(yùn)算求出商的符號(hào)。圖2.5商結(jié)果顯示流程圖本設(shè)計(jì)可以進(jìn)行定點(diǎn)原碼一位除法運(yùn)算。通過(guò)以上幾個(gè)關(guān)鍵模塊實(shí)現(xiàn)。主要 方法是恢復(fù)余數(shù)法，在運(yùn)算過(guò)程中主要是判斷被除數(shù)和除數(shù)之間的差來(lái)決定運(yùn)算 過(guò)程的。移位模塊流程2.2.1.2 數(shù)據(jù)輸入流程圖圖2.6數(shù)據(jù)輸入流程圖3.1 驗(yàn)證測(cè)試輸入被除數(shù)：A3H輸入除數(shù) ：07H

8、第3章驗(yàn)證測(cè)試圖2.7驗(yàn)證參考文獻(xiàn)1李景華.可編程程邏輯器件與EDA技術(shù)M.北京：東北大學(xué)出版社，20012 COP2000實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)3唐朔飛.計(jì)算機(jī)組成原理（第二版）M.北京：高等教育出版社，20084王冠.Verilog HDL與數(shù)字電路設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20055江國(guó)強(qiáng).EAD技術(shù)習(xí)題與實(shí)驗(yàn)M.北京：電子工業(yè)出版社，20056杜建國(guó).Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004附錄（源代碼）MOV R0,#82HMOV R1,#04HMOV R2,#00HMOV R3,#07H ;數(shù)據(jù)執(zhí)行次數(shù)MOV A,R0MOV 9FH,AMOV A,R1MOV 9

9、EH,AMOV A,R0;數(shù)據(jù)存入AND A,#7FH;去掉符號(hào)MOV R0,AMOV A,R1AND A,#7FHMOV R1,AMOV A,R1SUB A,#00H;斷定除數(shù)是否為零JZ OVERFLOWMOV A,R0SUB A,R1MOV R0,ALOOP:JZ NEXTAND A,#80HSUB A,#00HJZ S1SUB A,#80HJZ S251: ;為正上“1”MOV A,R0RL ASUB A,R1MOV R0,AMOV A,R2RL AADD A,#01HMOV R2,AMOV A,R3SUB A,#01HJZ NEXTMOV R3,AMOV A,R0JMP LOOP52

10、: ;為負(fù)上“ 0”MOV A,R0ADD A,R1RL ASUB A,R1MOV R0,AMOV A,R2RL AMOV R2,AMOV A,R3SUB A,#01HJZ NEXTMOV R3,AMOV A,R0JMP LOOPNEXT:;根據(jù)最后的余數(shù)斷定上0或上1MOV A,R0MOV R3,AAND A,#80HSUB A,#00HJZ OUT1SUB A,#80HJZ OUT2OUT1:;為正上1MOV A,R2RL AADD A,#01HAND A,#7FH ;7 位表示MOV R2,AJMP FOUT2:;為負(fù)上0MOV A,R2RL AADD A,#00HAND A,#7FH

11、;7 位表示MOV R2,AJMP FF:;斷定符號(hào)為正負(fù)MOV A,9FHAND A,#80HMOV R0,AMOV A,9EHAND A,#80HSUB A,R0SUB A,#00HJZ FF2JMP FF1FF1:;異號(hào)結(jié)果為1MOV A,R2OR A,#80HMOV R2,AOUTJMP OVERFF2:洞號(hào)結(jié)果為0MOV A,R2OR A,#00HMOV R2,AOUTJMP OVEROVER:JMP OVEROVERFLOW:END課程設(shè)計(jì)總結(jié)：本次課程設(shè)計(jì)讓我收獲頗豐，起初拿到課程設(shè)計(jì)題目，不知 道如何去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)前幾天查閱資料，老師幫助，我對(duì)這次課程設(shè)計(jì)要求有了更深的了解，知道了具體應(yīng)該怎樣操作，怎樣去實(shí)現(xiàn)原碼一位除法器，怎樣去操作Cop2000實(shí)驗(yàn)箱。我想說(shuō)本次課程設(shè)計(jì)不但使我們復(fù)習(xí)了計(jì)算機(jī)組成原理課程的內(nèi)容， 還讓我 們復(fù)習(xí)并應(yīng)用了算法設(shè)計(jì)與分析以及匯編語(yǔ)言課程的內(nèi)容， 我們加深了對(duì)計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)概念的理解。我衷心感謝學(xué)校和老師給我們安排了這次課程設(shè)計(jì)，我們平時(shí)在享受信息時(shí) 代帶來(lái)的方便迅捷的同時(shí)也養(yǎng)成了懶惰、 急于求成的壞習(xí)慣，而