乘法器計(jì)組課設(shè)

1、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 完成時間： 2018.1.1 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

2、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l COP2000實(shí)驗(yàn)儀l PC機(jī)2軟件l 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COP 2000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

3、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)置使一個機(jī)器指令包含更多微指令），即此模型機(jī)中每個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

4、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，即兩個寄存器無法完成此工作。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，同時為了調(diào)用加法程序，還需要子程序調(diào)用及返回操作。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R0,R1,R2與EM皆可通信（2）無符號除法算法流程圖：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。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<SUB

5、T>/位測試<TEST>時需使用A/W：運(yùn)算時使用L/D/R：ROR/ROL時使用乘法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SUBT A,#II減測試，將A減去#II改變標(biāo)志位，但不改變A值TEST A,#II位測試，用A與II相與，但不改變A值MOV

6、 R?，#II將立即數(shù)II送入R？MOV A，#II將立即數(shù)II送入A？MOV A,R?將寄存器R？的值取到A中MOV R?,A將寄存器A的值放到R?中ADD A,R?A與R?相加，結(jié)果存入A中SUB A,R?A與R?相減，結(jié)果存入A中JMP MM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PUSH A將A壓棧POP A將A彈棧LOOP MM當(dāng)寄存器R3的值不為0時，跳轉(zhuǎn)至MM（2） 新的微指令集其中減測試與位測試均占用5個節(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：將

7、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:MOV R2,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)ENDENDS（2）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)

8、MOVR1,#36H ;余數(shù)/被除數(shù)MOVR2,#00H ;商MOV R3,#05H ;移位次數(shù)MOVA,R1 ;判斷被除數(shù)是否為0TESTA,#0FFH JZOVERF ;為0則跳轉(zhuǎn)至除法中斷。置除數(shù)、商為0SUB A,R0 JC ENDS;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 ;0FFHJCDIVJMP OVERDIV:MOVA,R1SUBTA,R0 ;測試是否夠減 JCDIV1SUBA,

9、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,#0HMOV A,R0 ;將除數(shù)右移RORMOV R0,AMOVA,R2ROL ;將商左移，夠減時商為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,#0H MOV A,R0RORMOV R0,AMOVA,R2ROLMOVR2,A;將商左移，不夠減時商為0MOVA,R3SUBA,#01H ;減少計(jì)數(shù)次數(shù)MOVR3,AJZEND

10、SJMPDIVOVERF:MOVR1,#0MOVR2,#0JMP ENDSOVER:MOVR1,#0FFHMOVR2,#0FFHJMP ENDSNOP6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，截取前幾個循環(huán)（10*10 的乘法）除法運(yùn)行結(jié)果（54/8）一個循環(huán)7設(shè)計(jì)結(jié)果說明調(diào)試運(yùn)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(jì)的情況出現(xiàn)？請?jiān)诖俗鼍唧w說明。運(yùn)行程序時偶爾會發(fā)想忘記添加某種類型指令，但只要添加上即可，其它都是匯編程序上的調(diào)整。還有就是有些情況可以用多條機(jī)器指令，或者將這些機(jī)器指令的功能都

11、通過一條微程序?qū)崿F(xiàn)五、本次課程設(shè)計(jì)的總結(jié)體會（不少于200字） 主要總結(jié)學(xué)到的具體知識、方法及設(shè)計(jì)中的切身體會；包括列出在設(shè)計(jì)的各個階段出現(xiàn)的問題及解決方法。設(shè)計(jì)階段：在起初設(shè)計(jì)時，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)單獨(dú)的乘法、除法指令，即像8086/8088微機(jī)中的 MUL，DIV指令這種，通過提前規(guī)定好的寄存器存儲其中一個運(yùn)算數(shù)，在獲取另一個進(jìn)行運(yùn)算?？墒窃谧屑?xì)研讀cop2000官方說明書，以及對模擬程序的摸索后，發(fā)現(xiàn)此模擬機(jī)中的微程序系統(tǒng)與教科書存在差異。其一為：微指令沒有跳轉(zhuǎn)方式和下指字段，也就是說，一條機(jī)器指令對應(yīng)的微程序只能順序執(zhí)行，顯然，這樣不可能完成乘除法的運(yùn)算；其二為：其對寄存器的選擇是通過機(jī)器指令中操作數(shù)部分的字符翻譯為編碼來進(jìn)行的，如操作數(shù)為R？則進(jìn)行寄存器選擇、為#xx則從EM中讀取。也就是說在一個微程序中無法選擇通用寄存器，那么一條指令的最大可用空間為A，W，一個R，ST。還有一方面，就是由于不帶進(jìn)位的移位操作在此系統(tǒng)中不影響標(biāo)志位，用01