計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級：08計(jì)算機(jī)0803班姓名：陳祥學(xué)號：20082908完成時(shí)間：2011,1.3一、課程設(shè)計(jì)目的在實(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；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；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）硬件COP2000實(shí)驗(yàn)儀PC機(jī)軟件COP2000仿真軟件四、課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容（步驟）詳細(xì)了解并掌握COP2000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)1.該模型機(jī)指令系統(tǒng)的特點(diǎn)：從指令字長來看該模型機(jī)指令系統(tǒng)包含單字長和雙字長兩種格式的指令，字長為8位，對于需要訪問內(nèi)存的指令都是雙字長的，指令系統(tǒng)中大多數(shù)指令是單字長；從指令操作碼是定長和變長來看，這里認(rèn)為，雖然ADDA,R?和ADDA,@R?都是執(zhí)行加法操作，但他們是不同的指令，將指令格式中尋址寄存器的兩位也認(rèn)為是操作碼的一部分，這兩條指令的操作碼不同。因此，指令系統(tǒng)的指令格式是定長操作碼的，操作碼為6位。1）雙字長的指令格式如下：OPR?A舉例:助記符機(jī)器碼1機(jī)器碼2ADDA,MM000110xxMMADDA,#II000111xxIIMOVA,MM011110xxMM

2）單字長的指令格式如下:OPR？舉例:助記符機(jī)器碼1機(jī)器碼2ADDA,R?000100xxORA,R?011000xxMOVR?,A100000xx2.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）:該模型機(jī)微指令系統(tǒng)的微指令格式是水平型微指令，微指令的字長為24制。微指令的具體格式如下:X2TcnX0VRRD1*maRenoutenXRDEM*EMNEINPEMWRPCOEIRENELPMAROE制。微指令的具體格式如下:X2TcnX0VRRD1*maRenoutenXRDEM*EMNEINPEMWRPCOEIRENELPMAROESTENRWRFENX1WENS21100101111111111111111112。計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)乘法和除法的原理（1）無符號乘法②硬件原理框圖:②硬件原理框圖:①實(shí)例演示（即，列4位乘法具體例子演算的算式）:X11100111被乘數(shù)乘數(shù)1101位積'11010位積！000000位積7移位相加1101000位積J0001111結(jié)果

③算法流程圖:No(2)無符號除法①實(shí)例演示(即，列4位除法具體例子演算的算式):No01010------商1101/10000111------被除數(shù)00000000------不夠減，商上0，除數(shù)右移一位10000111------做差后的被除數(shù)01101000——夠減，商上1，除數(shù)右移一位00011111做差后的被除數(shù)00000000------不夠減，商上0，除數(shù)右移一位00011111做差后的被除數(shù)00011010——夠減，商上1，除數(shù)右移一位00000101------移位4次后，余數(shù)②硬件原理框圖:③算法流程圖:開始Yes保存結(jié)果結(jié)束對應(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）1）乘法程序的硬件分配:硬件名稱在乘法算法中的功能R01用來存放被乘數(shù)2保存乘積結(jié)果R1用來存放乘數(shù)R2未使用R3用做計(jì)數(shù)器，來控制程序循環(huán)次數(shù)A1、存放中間結(jié)果2、用來存放操作數(shù)參加ALU的運(yùn)算W用來存放操作數(shù)參加ALU的運(yùn)算PC程序計(jì)數(shù)器EM內(nèi)存（存放程序）IR指令寄存器ST堆棧寄存器，可以用來暫存寄存器A的值MAR地址寄存器2）除法程序的硬件分配硬件名稱在除法運(yùn)算中的功能R0用來存放被除數(shù)R1用來存放除數(shù)R2用來存放商R31用作計(jì)數(shù)器，控制循環(huán)的次數(shù)2保存余數(shù)A1、存放中間數(shù)據(jù)2、用來存放操作數(shù)參加ALU的運(yùn)算W用來存放操作數(shù)參加ALU的運(yùn)算PC程序計(jì)數(shù)器EM內(nèi)存（存放程序）IR指令寄存器ST堆棧寄存器，可以用來暫存寄存器A的值MAR地址寄存器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（設(shè)計(jì)兩個(gè)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_FATCH_000000XX實(shí)驗(yàn)機(jī)占用，不可修改。復(fù)位后，所有寄存器清0，首先執(zhí)行_FATCH_指令取指MOVR?,#II000001XXII將立即數(shù)II送到寄存器R?中

MOVR?,A000010XX將累加器A的值送到寄存器R?中MOVA,R?000011xx將寄存器R?的值送入累加器A中ANDA,#II000100xxII將立即數(shù)與累加器A中的數(shù)相與ANDR?,#II000101xxII將立即數(shù)與寄存器R?中的數(shù)相與SHRR?000110xx寄存器R?帶進(jìn)位右移SHLR?000111xx寄存器R?帶進(jìn)位左移JCMM001000xxMM若進(jìn)位標(biāo)志置1,跳轉(zhuǎn)到MM地址JZMM001001xxMM若零標(biāo)志置1,跳轉(zhuǎn)到MM地址ADDR?,#II001010xxII將寄存器R?中的數(shù)與立即數(shù)相加ADDA,R?001011xx將累加器與寄存器R?相加，結(jié)果存入累加器SUBR?,#II001100xxII將寄存器R?中的值與立即數(shù)相減SUBA,R?001101xx將累加器與寄存器R?的值相減，結(jié)果存入累加器CMPA,R?001110xx累加器與寄存器R?的值比較，結(jié)果影響進(jìn)位、零標(biāo)志JMPMM001111xxMM無條件跳轉(zhuǎn)到MM處PUSHA010000xx將累加器中的值暫存POPA010001xx將暫存結(jié)果送回到累加器A中SHRNR?010010xx寄存器R?不帶進(jìn)位右移SHLNR?010011xx寄存器R?不帶進(jìn)位左移（2）新的微指令集助記符狀態(tài)微地址微程序數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)打入地址輸出運(yùn)算器移位控制uPCPC_FATCH_T000CBFFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+101FFFFFFA輸出+102FFFFFFA輸出+103FFFFFFA輸出+1MOVR?,#IIT104E7FBFF存儲(chǔ)器EM寄存器R?PC輸出A輸出+1+1T005CBFFFF指令寄存器PC輸出A輸出寫入+106FFFFFFA輸出+107FFFFFFA輸出+1MOVR?,AT108FFFB9FALU直通寄存器R?A輸出+1T009CBFFFF指令寄存器IRPC輸A輸寫+1

出出入0AA輸出+10BA輸出+1MOVA,R?T1OCFFF7F7寄存器值R?寄存器AA輸出T0ODCBFFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+10EFFFFFFA輸出+10FFFFFFFA輸出+1ANDA,#IIT210C&7FFEF存儲(chǔ)器值EM寄存器WPC輸出A輸出+1+1T111FFFE93ALU直通寄存器A標(biāo)志位C、Z與運(yùn)算+1T012CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+113FFFFFFA輸出+1ANDR?,#IIT314C7FFEF存儲(chǔ)器EM寄存器WPC輸出A輸出+1+1T215FFF7F7寄存器值R?寄存器AA輸出+1T116FFFA9BALU直通寄存器R?標(biāo)志位C、Z與運(yùn)算+1T017CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出+1+1SHRR?T318FFEF9FALU直通堆棧寄存器STA輸出+1T219FFF7F7寄存器值R?寄存器AA輸出+1T11AFFFABFALU右移寄存器R?標(biāo)志位C、ZA輸出帶進(jìn)位右移+1T01BCBFF57堆棧寄存器ST寄存器A指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+1SHLR?T31CFFEF9FAlU直通推展寄存器STA輸出+1T21DFFF7F7寄存器值R?寄存器AA輸出+1T11EFFFADFALU左移寄存器R?標(biāo)志位C、ZA輸出帶進(jìn)位左移+1

1+BVM重器姓墨dnZddd21溯lv90S1+Y丘用Bv用B3dHI器姓墨令肆出良ra。SS011+菖Z'。馮翠零胰器姓墨BBmv66VJJJSS111+1+用Bv用B3dMWH重器果虐dnddZDIS211+用Bvv重器姓墨ZJZdddOSS1II#'溯90S1+用Bv出出出&1+Y丘用Bv用B3dHI器姓墨令肆出良ra。亞011+菖Z'。馮翠零胰器姓墨BBmvas111+用BvM重器姓墨dnZddd3221溯lvaav1+Y丘用Bv用B3dHI器姓墨令肆出良ra。92011+菖Z'。馮翠零胰器姓墨BBmv86VJJJvs111+1+用Bv用B3dMWH重器果虐dnddZD67211+用Bvv重器姓墨ZJZddd82S1ii#'溯aav1+用BvLZ1+用Bv971+Y丘用Bv用B3dHI器姓墨令肆出良ra。92011+1+用Bv用B3d3d器姓墨WH重器果虐出出9。11wwzf1+用Bv脫1+用Bv1+Y丘用Bv用B3dHI器姓墨令肆出良ra。12011+1+用Bv用B3d3d器姓墨WH重器果虐出出9。0211imof1+Y丘用Bv用B3dHI器姓墨令肆V器姓墨M器姓墨I(xiàn)WfZ9dd9301

R?出T135FFFE91ALU直通寄存器A標(biāo)志位C、Z減運(yùn)算+1T036CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+137FFFFFFA輸出+1CMPA,R?T338FFF7EF寄存器值R?寄存器WA輸出+1T239FFEF9FALU直通堆棧寄存器STA輸出+1T13AFFFE91ALU直通寄存器A標(biāo)志位C、Z減運(yùn)算+1T03BCBFF57堆棧寄存器寄存器A指令寄存器IRPC輸出A輸出+1+1JMPMMT13CC6FFFF存儲(chǔ)器EM寄存器PCPC輸出A輸出+1+1T03DCBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+13EFFFFFFA輸出+13FFFFFFFA輸出+1PUSHAT140FFEF9FALU直通堆棧寄存器STA輸出+1T041CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+142FFFFFFA輸出+143FFFFFFA輸出+1POPAT144FFFF57堆棧寄存器ST寄存器AA輸出+1T045CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+146FFFFFA輸出+147FFFFFA輸出+1SHRNR?T348FFEF9FALU直通堆棧寄存器STA輸出+1T249FFF7F7寄存器值R?寄存器AA輸出+1

T14AFFF9BFALU右移寄存器R?A輸出右移+1T04BCBFF57堆棧寄存器ST寄存器A指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+1SHLNR?T34CFFEF9FALU直通堆棧寄存器STA輸出+1T24DFFF7F7寄存器值R?寄存器AA輸出+1T14EFFF9DFALU左移寄存器R?A輸出左移+1T04FCBFF57堆棧寄存器寄存器A指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入+15.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：1)流程圖如下：開始NO結(jié)束，被乘數(shù)在R0中，乘數(shù)在R1中--乘積結(jié)果在R0中2）匯編語言程序清單如下:MOV，被乘數(shù)在R0中，乘數(shù)在R1中--乘積結(jié)果在R0中SHRR1JCNEXT1JMPLOOP2NEXT1:ADDA,R0LOOP2:SHLNR0PUSHASUBR3,#01HPOPAJZNEXT2JMPLOOP1NEXT2:MOVR0,AEND

⑵除法4位除法的算法流程圖與匯編語言程序清單:1）算法流程圖如下NO2）匯編語言程序清單如下：MOVR0,#87H---被除數(shù)在R0中MOVR1,#0DH---除數(shù)在R1中MOVR3,#04HANDR2,#00H---商在R2中SHLNR1SHLNR1SHLNR1SHLNR1MOVA,R0CMPA,R1JCNEXT1JMPQUITNEXT1:SHRNR1SHLNR2CMPA,R1JCNEXT2SUBA,R1PUSHAADDR2,#01HPOPANEXT2:PUSHASUBR3,#01HPOPAJZQUITJMPNEXT1QUIT:MOVR3,A---余數(shù)保存在R3中END6.上述程序的運(yùn)行情況（跟蹤結(jié)果）6.1）乘法程序運(yùn)行的過程

匯編指令程序地址機(jī)器碼指令說明微程序PCPC運(yùn)行時(shí)寄存器或存儲(chǔ)器的值MOVR0,#0F00040F立即數(shù)0F送入R0中E7FBFFCBFFFF+1+1+1寫入R0：0FMOVR1,#0F02050F立即數(shù)0F送入R1中E7FBFFCBFFFF+1+1+1寫入R1：0FMOVR3,#04040704立即數(shù)04送入R3中E7FBFFCBFFFF+1+1+1寫入R3：04ANDA,#00061000將寄存器A清0C7FFEFFFFE93CBFFFF+1+1+1+1寫入EM:00W:00SHRR10819寄存器R1帶進(jìn)位右移FFEF9FFFF7F7FFFABFCBFF57+1+1+1+1寫入ST：00A：0FR:07A:00JC0D09200DCF=1跳轉(zhuǎn)到0DC6FFFFCBFFFF寫入+1+1寫入LIESHLNROT34CFFEF9F"ALUliji.寄.薦器前......”］蹄田一T24HFFF7FTFFF9DFCBFF5TFFEF9FCBFFFFFFF7FTC7FFEFFFFA99CBFFFFFFFF5TCBFFFFC6FFFFCBFFFFC6FFFFCBFFFFFFEF9FFFF7FTFFFABFCBFF5TC6FFFFCBFFFFFFFTEFFFFE90CBFFFFFFEF9FFFFTF7FFF9DFCBFF5T寄存器值K?寄存器A點(diǎn)出+111寫無T14EALU左移寄存器K?點(diǎn)出左移+1TO4F堆棧寄存囂ST寄存器A指令寄存囂I】FC輸出點(diǎn)出寫入OFPUSHAT140ALU直通堆棧寄存器刃點(diǎn)出+1TLl41指令寄存器IRPC輸出喘出寫入10SUBR3,#01T330寄存器值留寄存器A喘出+1T231存呢:器值EM寄存器WPC輸出喘出+1T132ALU直通寄存器留標(biāo)志位c,z減運(yùn)聳+1TLl33指令寄存器IRPC輸出喘出寫入12FLIPAT144堆棧寄存囂ST寄存器A喘出+1TLl45指令寄存器IRPC輸出喘出寫入13J717T124存呢:器值EM寄存器FCFC輸出喘出+1TLl25指令寄存器IRFC輸出喘出寫入15邛F08T13C存呢:器值EM寄存器FCFC輸出喘出+1TLl3D指令寄存器IRFC輸出喘出寫入08EHRR1T318ALU直通堆棧寄存器ST喘出+1T219寄存器值留寄存器A喘出+1T11AALU右移寄存器留標(biāo)志位c,z喘出帶進(jìn)位右移+1TLlIB堆棧寄存器刃寄存器A指令寄存器I】FC輸出喘出寫入09JConT120存礦:器值EM寄存器FCFC輸出滿他+1TLl21指令寄存器IRFC輸出滿他寫入onAima.rdT22C寄存器值留寄存器W滿他+1T12DALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z加運(yùn)算+1TO2E指令寄存器IRFC輸出滿他寫入LIESHUTROT34CALU直通堆棧寄存器ST滿他+1T24H寄存器值留寄存器A滿他+1T14EALU左移寄存器留晚出左稼+1TO4F堆棧寄存器刃寄存器A指令寄存器I】FC輸出晚出寫入OFPUSHAT140FFEF9FAU?通堆棧寄存器鄰1A輸出+1TO41CBFFFFFFF7F7指令寄存器IRFC輸出尊出寫入+110Sl.fl：R3j#01T330寄存器值R?寄存器A尊出+1T231CTFFEFFFFA99存建器ilEM寄存器WFC輸出尊出+1+1T132ALU直通寄存器R?標(biāo)志位匚,Z減運(yùn)算+1TO33CBFFFFFFFF57指令寄存器IEFC輸出尊出寫人+112FOFAT144堆棧寄存器ST寄存器A尊出+1TO45CBFFFFC6FFFF指令寄存器IEFC輸出尊出寫人13JZITT124存M器值EM寄存器FCFC輸出尊出+1TO25CBFFFFC6FFFF指令寄存器IEFC輸出尊出寫人15JTilF08T13C存M器值EM寄存器FCFC輸出尊出+1TO3DCBFFFFFFEF9FFFF7F7FFFABFCBFF57C6FFFFCBFFFF指令寄存器IEFC輸出尊出寫人1OS灑；KIT318ALU直通堆棧寄存器對尊出+1T219寄存器值R?寄存器A尊出+1T11AALU右移寄存器R?標(biāo)志位匚Z尊出帶進(jìn)位右移+1TOIB堆棧寄存器3T寄存器A指令寄存器11FC輸出尊出寫人osjconT120存M器值EM寄存器FCFC輸出尊出+1TO21指令寄存器IRFC輸出尊出寫人ODAimA.RDT22CFFFTEFFFFE9LI寄存器值R?寄存器W尊出+1T12DALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z加運(yùn)聳+1TO2ECBFFFFFFEF9F指令寄存器IRFC輸出尊出寫入+1LIESHUTEllT34CALU直通堆棧寄存器鄰尊出+1T24HFFFTF7FFF9DF寄存器值R?寄存器A尊出+1T14EALU左移寄存器R?尊出左移+1TO4FCBFF57FFEF9F堆棧寄存器刃寄存器A指令寄存器11FC輸出尊出寫入+1OFPUSHAT140ALU直通堆棧寄存器鄰尊出+1TO41CBFFFFFFF7F7指令寄存器IRFC輸出尊出寫入+110Sl.fl：R3j#01T330寄存器值R?寄存器A尊出+1T231CTFFEFFFFA99存建器值EM寄存器WFC輸出尊出+1+1T132ALU直通寄存器R?標(biāo)志位匚,Z減運(yùn)算+1TO33CBFFFF指令寄存器IEFC輸出尊出寫人+112FOFAT1->44TFFF57堆棧寄存器ST寄存器A庾出+1

13J717T124C6FFFF存!C器值EM寄存器也FC輸出漏出+1寫入TO25CBFFFF指令■寄存器IRFC輸出調(diào)出寫入+1ITMOVRO,AT108FFFB9FALU宜通寄存器R?調(diào)出+1TO09CEFFFF指令寄存器IRFC輸出喻出寫入+118_FATCHTLI00CBFFFF指令寄存器IRFC輸出喻出寫入+119_FATCHTO00CBFFFF指令寄存器邛FC輸出端出寫入+11A_FATCHTO00CBFFFF指令寄存器IRFC輸出漏出寫入+1IB_FATCHTO00CBFFFF指令寄存器IRFC輸出漏出寫入+11C_FATCHTO00CEFFFF指令■寄存器IRFC輸出調(diào)出寫入+1ID_FATCHTO00CEFFFF指令■寄存器IRFC輸出調(diào)出寫入+1IE_FATCHTLI00CBFFFF指令寄存器IRFC輸出喻出寫入+1IF_FATCHTLI00CBFFFF指令寄存器IRFC輸出喻出寫入+120_FATCHTO->00CBFFFF|指令寄存器IR|fc輸出1端出2）除法程序運(yùn)行的過程助記符狀態(tài)微地址微程序1數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)打入地址輸出運(yùn)聳器移位控制1￡P(guān)CPC00_FATCHTO00CBFFFF||指令寄存器IRFC輸出尊出寫入L+100MOVFILL#87T104E7FBFF存M器值EM寄存器R?FC輸出喻出+1+1TO05CBFFFF指令寄存器IRFC輸出癡i出寫入+102MOVRL#JDT104E7FBFFCBFFFFE7FBFFCBFFFF存『器值EM寄存器R?咒輸出崛出+1+1TO05指令■寄存器IR咒輸出調(diào)出寫入+104MOVR3j#04T104存，器值EM寄存器RT既輸出調(diào)出+1+1TO05指令寄存器IR既輸出漏出寫入+106WiR2,#00T314C7FFEF存『器值EM寄存器W咒輸出端出+1+1T215FFF7F7寄存器值R?寄存器A喻出+1T116FFFA9BALU直通寄存器R?標(biāo)志位C,Z與運(yùn)苴+1TO17CBFFFF指令寄存器IRFC輸出癡i出寫入+108SHUTR1T34CFFEF9FFFFTF7FFF9DFALU直通堆棧寄存器刃調(diào)出+1T24D寄存器值RT寄存器A調(diào)出+1T14EALI吐移寄存器RT調(diào)出左移+1TO4FCBFF57堆棧寄存器刃寄存器A指令寄存器II既輸出漏出寫入+1095HLNR1T34CFFEF9FALU宜通堆棧寄存器ST端出+1T24DFFF7F7寄存器值R?寄存器A喻出+1T14EFFF9HFALU左移寄存器R?喻出左移+1TO4FCBFF57堆棧寄存器刃寄存器A指令寄存器11FC輸出癡i出寫入+10ASHUTR1T34CFFEF9FFFFTF7FFF9DFALU直通堆棧寄存器刃調(diào)出+1T24D寄存器值RT寄存器A調(diào)出+1T14EALI吐移寄存器RT調(diào)出左移+1TO4FCBFF57堆棧寄存器刃寄存器A指令寄存器II既輸出漏出寫入+10E5HLNR1T34CFFEF9FALU宜通堆棧寄存器ST端出+1T24DFFF7F7寄存器值R?寄存器A喻出+1T14EFFF9HFALU左移寄存器R?喻出左移+1TO4FCBFF57堆棧寄存器刃寄存器A指令寄存器11FC輸出癡i出寫入+10CMOVA.RLiT1OCFFFTF7寄存器值R?寄存器A調(diào)出+1TO0DCBFFFF指令■寄存器IR「咒輸出調(diào)出寫入「+1

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