COP2000微指令微程序

1、COP200微指令微程序课程设计报告姓名：苏怡舟,与子":132208100166班级：B13082051课程设计目的3课程设计的任务3课程设计使用的设备3课程设计的具体内容微程序控制器原理3微指令代码以及流程图6运行情况7总结体会一、课程设计目的1 .在实验机上设计实现机器指令及对应的微指 令（微程序）并验证，从而进一步掌握微程序设 计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结 构的对应关系；2 .通过控制器的微程序设计，综合理解计算机 组成原理课程的核心知识并进一步建立整机系 统的概念；3 .培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。二、课程设计的任务针又tCOP2000实验仪，从详细

2、了解该模型 机的指令/微指令系统入手，以实现乘法和除法 运算功能为应用目标，在 COP2000的集成开发 环境下，设计全新的指令系统并编写对应的微程 序；之后编写实现乘法的程序进行设计的验证。三、课程设计使用的设备1 .硬件COP2000实验仪PC机2 .软件COP2000仿真软件四、课程设计的具体内容1.详细了解并掌握 COP 2000模型机的微程序 控制器原理，通过综合实验来实现(1)该模型机指令系统的特点：总体概述COP200膜型机包括了 一个标准CPU)f具备所 有部件，这些部件包括：运算器 ALU累加器A、 工作寄存器 W左移门L、直通门R右移门R 寄存器组R0-R&程序11

3、数器 PG地址寄存器 MAR堆栈寄存器ST；中断向量寄存器IA、输入 端口 IN、输出端口寄存器OUT程序存储器EM 指令寄存器IR、微程序计数器uPG微程序存储 器uM以及中断控制电路、跳转控制电路。其 中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用 CPLD来实现，其它电路都是用离散的数字电路 组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来 代替。模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。相比而言8 位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易 被学生理解、吸收。模型机的指令码为8位，根据指令类型的不 同，可以有0到2个操作数。指令码的最低两位 用来选择R0-R3寄存器，

4、在微程序控制方式中， 用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到 执行该指令的微程序。而在组合逻辑控制方式 中，按时序用指令码产生相应的控制位。在本模 型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状 态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同 的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有 24位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择 运算器的运算功能，存储器的读写。模型机的缺省的指令集分几大类： 算术运算 指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令、 跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。模型机的寻址方式表i模型机的寻址方式模型机的 寻址方式寻址方式说 明指令举 例指令说明累加器寻操作数为累CPL

5、A将累加器A址加器A的值取反隐含寻址累OUT将累加器A 的值输出到加器A输出端口寄存器OUT寄存器寻 址参与运算的 数据在 R0R3的寄 存器中ADDA,R0将寄存器R0 的值加上累 加器A的值， 再存入累加 器A中寄存器间 接寻址参与运算的 数据在存储 器EM中，数 据的地址在 寄存器 R0-R3 中MOVA,R1将寄存器R1 的值作为地 址，把存储器 EM中该地址 的内容送入 累加器A中存储器直 接寻址参与运算的 数据在存储 器EM中，数 据的地址为 指令的操作 数。ANDA,40H将存储器EM 中40H单元 的数据与累 加器A的值 作逻辑与运 算，结果存入累加器A从累加器A立即数寻 址参

6、与运算的SUBA,#10H中减去立即数据为指令 的操作数。数10H,结果 存入累加器A(2)该模型机微指令系统的特点：总体概述该模型机的微命令是以直接表示法进行编码 的，其特点是操作控制字段中的每一位代表一个 微命令。这种方法的优点是简单直观，其输出直 接用于控制。缺点是微指令字较长，因而使控制 存储器容量较大。微指令格式的说明模型机有24位控制位以控制寄存器的输 入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读 写。微程序控制器由微程序给出24位控制信号, 而微程序的地址又是由指令码提供的， 也就是说 24位控制信号是由指令码确定的。该模型机的 微指令的长度为24位，其中微指令中只含有微命令字段，

7、没有微地址字段。其中微命令字段采 用直接按位的表示法，哪位为 0,表示选中该微 操作，而微程序的地址则由指令码指定。2.用设计完成的新指令集编写实现无符号 二进制乘法功能的汇编语言程序1）设计原理：两个8位无符号数相乘，所 乘结果是16位，采用原码一位乘，在计算时， 用乘数寄存器的最低位来控制部分积是否与被 乘数相加，然后右移部分积和乘数，同时乘数寄 存器接收部分积右移出来的一位，完成运算后， 部分积寄存器保存乘积的高位部分，乘数寄存器 中保存乘积的低位部分。符号乘法对应于COP2000实验仪的硬件具 体分配使用情况如下表所示：硬件名称实现算法功能描述寄存器R0计算时用来存放部分积和最后 的积

8、寄存器R1初始化时，用来存放被乘 数；寄存器R2累加器A寄存器W左移门L直通门D右移门R程序计数在程序执行的过程中，用来 存放向左移位后的被乘数。 初始化时，用来存放乘数；在程序执行的过程中，用来 存放向右移位后的乘数。执行 ADDA,R?（力口法）、SHL R?（左移一位）、SHR R?（右移 一位）等命令时所必须使用的 寄存器。执行 ADD A,R?（加法）、TES R?,#II （测试R2的末位）等双 操作数命令时所必须使用的寄 存器。用来实现相应数据左移一位的 运算，并能够控制该运算后的 结果是否输出到数据总线。用来控制ALU的执行结果是否 输出到数据总线。用来实现相应数据右移一位的

9、运算，并能够控制该运算后的 结果是否输出到数据总线。控制程序按顺序正常执行；器PC当执行转移指令时，从数据 线接收要跳转的地址，使程序 目匕句夕拉而文自动执仃。当要从EM中读取数据时， 由PC提供地址。存储器EM存储指令和数据。微程序计数器pPC向微程序存储器以M提供相应 微指令的地址。微程序存 储器“M存储相应指令的微指令。输出寄存器OUT可以将运算结果输出到输出寄 存器OUT （本实验未用）。堆栈ST当存储于累加器A的值将要受 到破坏时，将其数据保存在堆 栈ST中，使程序能够正常地执 行。流程图:代码部分：MOV R0,#00H ;MOV R1,#02H ;MOV R2,#03H ;MOV

10、 R3,#08H ;LOOP:MOV A,R1AND A,#01H ;JZ NEXT ; MOV A,R0 ADD A,R2 ;R0MOV R0,A ;AND A,#01H ; JZ NEXT1 ;R0 MOV A,R0 RR A ;R0 MOV R0,A MOV A,R1 RR A ;R1 OR A,#80H;部分积 乘数 被乘数 移位次数判断R1最低位是否为1是，继续执行和R2相加结果赋给R0判断R0最低位是否为1末尾为1的时候右移右移结果和80H或MOV R1,A ;结果给 R1JMP NEXT2NEXT1:MOV A,R0RR A ;R0 右移MOV R0,AMOV A,R1RR A

11、;R1 右移MOV R1,AJMP NEXT2NEXT:;R1 末尾是0时MOV A,R0AND A,#01H ;R0 最低位是否为1JZ NEXT1MOV A,R0RR A ;R0 右移MOV R0,AMOV A,R1RR A ;R1 右移OR A,#80H ;R1 和 80H或MOV R1,A ;结果给 R1JMP NEXT2NEXT2:MOV A,R3SUB A,#01H ;R3 01HOR A,#00H ; 结果和00H取或JZ NEXT3 ;若移位结束跳至 NEXT3MOV R3,AJMP LOOPNEXT3:JMP NEXT33.上述程序的运行情况这部分为测试部分，我们分别输入三组

12、数据 来进行验证。X为被乘数，Y为乘数。(1) X= 32H Y=95HX*Y=1D1A部分积高位R0(1D),低位 R1(1A)(2) X=01H Y=02HX*Y=02H部分积高位R0(00),低位R1(02)(3) X=02H Y=05HX*Y=000A部分积高位R0(00),低位 R1(0A)测试结果都正确，寄存器R0与寄存器R1中所表示的数据转换化为十进制的结果都符合， 说 明程序验证正确。结果图：五、本次课程设计的总结体会经过了将近一周的时间，我终于在查阅书籍， 资料之后完成了计算机组成原理的课程设计内 容。在设计的过程中，巩固了所学的计算机组成 原理中有关指令系统、总线系统等等方面的知 识，同时，也增长了新的知识。在课设的后期， 我几乎是一边复习计组的指令系统方面的内容， 一边进行课设，在整个过程中，我觉得思维明敏 度、动手能力得到提高，并且在枯燥的复习中找 到了将理论转为实践的动力。在整个设计过程中，首先拿到题时我当时还在想是否能做完， 可 是在查阅