计算机组成原理除法课程设计

1、安康琪工犬竽课程设计说明书题目:设计指令系统院系：计算机科学与工程学院专业班级：计算机10-03班学号:2010303089学生姓名：胡敬杰指导教师：刘向举2013年1月10日计算机组成原理除法课程设计安徽理工大学课程设计（论文）任务书计算机科学与工程学院监控与嵌入式技术系学号2010303089学生姓名胡敬杰专业（班级）计算机10-3班设计题目设计指令系统设 计 技 术参 数1. 本系统采用DJ-CPTH超强型计算机组成原理教学实验系统 搭建电路图，在实验箱上实现指令系统。2. 利用软件工程中的可行性研究以与分析方法，进行系统 分析。设 计 要 求1在基本模型机的基础上设计取数、存数、输入、

2、输出、与、 或、非、加法、减法、移位指令等，用这些指令的助记符不得与 指导书上相同。2. 指令包括立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻 址种寻址方式。3. 利用新构建的指令系统编程，分别实现求补、同或、异 或、乘法、除法、两存储单兀数据父换等功能。工作量1. 课程设计说明书2000字；2. 画出流程图，编写微指令代码和程序。1. 首先认真研究老师所给的题目，了解题目要求做什么2. 查阅资料，解决难题。3. 编写源程序并调试之。4. 写课程设计说明书参1蒋本珊计算机组成原理（第2版）北京：清华大学出版社,20112 白中英.计算机组成原理（第二版）.北京：科学出版社，20083 DJ-CPT

3、H超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书4 沈美明.汇编语言程序设计北京：清华大学出版社教研室主任签字指导教师签字2012年12月17日安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩：指导教师：月日年摘要本次计算机组成原理课程设计课题是基本模型机的设计与实现。利用 CPU 与简单模型机来实现计算机组成原理课程设计， 编写指令的应用程序， 用微程序 控制器实现一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。 本次设计完成了 相关指令的格式以与编码的设计， 实现了机器指令微代码， 完成具有一定功能的 程序。在基本模型机的基础上构建一组能实现输入、输出、加、减、逻辑与、逻辑 或、逻辑非、转

4、移指令等 8 个功能的指令 ,这些指令的助记符不得与指导书上相 同。指令包括立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式。利 用新构建的指令系统编程，实现交换两存储单元数据的功能。关键字 ：指令系统，寻址方式，算术逻辑目录摘要 1 目录 2 1 系统分析 31.1 设计背景 31.2 设计目标 52 系统设计 72.1 模型机的指令系统设计 7.2.2 模型机的微指令设计 8.2.3 实现除法功能的程序设计 1.1.3 系统实现 1.4.4 总结 1.7.5 参考文献 1.8.1 系统分析1.1 设计背景一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。 一台特定的计 算机只能执

5、行自己指令系统中的指令。因此，指令系统就是计算机的机器语言。 指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性， 它是计算机系统设计中的核心问 题。指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的 设计。计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系， 指令系统反映了计算机 的主要属性， 而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。 指令是计算机执 行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。 通常性能 较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能 的实现需要复杂的硬件结构来支持。本课程设计的模型机的指令码为 8 位，根据指令类型的不同， 可

6、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。在微程序控制方式下， 用指令码作为微地址来寻址微程序存储器， 找到执行该指令的微程序。 在本模型 机中，一条指令最多分为四个状态周期，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。简言之，这次设计，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成， CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期， 全部由微指令组成 的序列来完成， 即一条机器指令对应一条微程序， 一条微程序又有若干微指令组

7、成，一条微指令的功能由 24 位操作信号（即控制位）实现。本设计是在 DJ-CPT816 计算机组成原理实验仪和仿真软件上进行的24 位控制位分别介绍如下：XRD ：外部设备读信号，当给出个外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数 据。EMWR ：程序存储器 EM 写信号EMRD ：程序存储器 EM 读信号PCOE:将程序计数器 PC的值送到地址总线 ABUS上EMEN ：将程序存储器 EM 与数据总线 DBUS 接通，有 EMWR 和 EMRD 决定 是将 DBUS 数据写入 EM 中，还是从 EM 读出数据到 DBUSIREN :将程序存储器EM独处的数据打入指令寄存器 IR和微指令计数器

8、uPCEINT :中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。ELP: PC打入允许，与指令寄存器的IR2.，IR3位结合，控制程序跳转。MAREN :将数据总线 DBUS上数据打入地址寄存器 MARMAROE :将地址寄存器 MAR的值送到地址总线 ABUS上OUTEN :将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器 OUT里STEN :将数据总线DBUS上数据存到堆栈寄存器里RRD :读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定RWR :写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定CN :决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位FEN :

9、将标志位存入ALU内部的标志寄存器X2，X1，X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的哪个寄存器，见表 1WEN :将数据总线DBUS的值打入工作寄存器 W中AEN :将数据总线DBUS的值打入累加器A中S2,S1,S0三位组合决定ALU做何种运算，见表2表1选择具体的寄存器X2 X1X0输出寄存器0 0 0IN_OE外部输入门0 0 1IA OE中断向量0 1 0ST_OE 堆栈寄存器0 1 1PC_OE PC 寄存器1 0 0D OE直通门1 0 1R OE右移门1 1 0L OE左移门1 1 1没有输出表2 ALU运算S2S1S0功能0 0 0A+W加0 0 1A-W减0 1 0A|

10、W或0 1 1A & W 与1 0 0A+W+C带进位加1 0 1A-W-C 带进位减1 1 0AA取反1 1 1A输出A1.2设计目标本课程设计要求实现机器指令： MOV （传送）、OUTE （输出）、AND （逻 辑与）、ORE （逻辑或）、ADDE （不带进位算术加）、ADDCE （带进位算术加）、 SUBE （不带进位算术减）、JCE、JZE、JMPE （转移指令）。并且要包括立即数寻址，寄存器直接寻址，存储器直接寻址三种寻址方式。 最后要在设计的指令系统基础上，编写程序实现除法功能。2系统设计2.1模型机的指令系统设计根据设计要求，设计出的指令要包括传送、逻辑与、逻辑或、算术

11、加、减运算、输入、输出、转移这八种指令，且要运用立即数寻址、寄存器直接寻址、存储器直接寻址三种寻址方式。由此设计出新的指令系统，如下截图图2.1新的指令系统2.2模型机的微指令设计微指令的24位控制位如下:I 1)1“ H H12 a 11 Hi LjId 亡 2U JILU揉作拎制li站LDB：吹1设计出的微指令集如下表:助记符状微微程数据输数据打入地址出运算器CPC_FETCHT000CBFFF指令寄存器IR出输出输写101FFFFF F出输102FFFFF F出输103FFFFF F出输1ADDT204C7FFE存储器寄存器W出输11T105FFFE9 0ALU直寄存器A, 标志位C,Z

12、出输加运算1T006CBFFF指令寄存器IR出输出输写107FFFFF F出输1SUBT208C7FFE存储器寄存器W出C输出输11T109FFFE9ALU直寄存器A标志减运1T00ACBFFF位C,Z指令寄存器IROBFFFFFT30CC7FFE输输T2ODFFF7F指令寄存器IRT1OEFFFE9T0OFCBFFF输输 角AOUTT110直T011CBFFF用户OUT指令寄存器IR12FFFFF13FFFFFJMP *T114寄存器PCPIC输T015CBFFF指令寄存器IR16FFFFF17FFFFFT118T019C7FBFCBFFF F寄存器R?指令寄存器IRPIC输IC输1AFFF

13、FF1BFFFFFJZ *T11CC6FFF寄存器PCpic输T01D1FCBFFF EFFFFF EFFFFF指令寄存器IRAAURR R?T121FFF7F存储器寄存器PC出输出输1写 入TO22FFF9B F指令寄存器IR出输出输写123CBFFF F出输124FFFFF F出输1MOV25C7FFF726CBFFF27FFFFF F28FFFFF FAND29C7SU B ¥2AFFFE932BCBFFF F2CFFFFF FM,OV2DFFF7F72FCBFFF F30FFFFF F31FFFFF FEND32CBFFF33FFFFF F34FFFFF F35FFFFF F

14、2.3 实现除法功能的程序设计程序设计思路：先将两个立即数存入寄存器 r0 （被除数）和r1 （除数），然后判断除数是否 为零，是则输出结果为 0 ，结束程序，否则继续第二步，将除数右移一位，再检 查除数是否为零，是则输出结果 r0 中的数结束，否则进入第三步，将除数右移 然后将被除数右移，检查被除数是否为零， 是则输出 0 结束，否则调到第三步继 续运行。源程序截图如下:hknrrrFI許£*型 启案玮=/d曙楓首扈2闵nFjJ-SllIMJOT乩站（1竝初蛇曲CMXfflMnwrT-lr and討屮"侶0阳录巧nt25工8lii讥TF匚百门-卧EPL <lii U

15、t jiji *f i曰1国训易网：h LL>lid.6l M .：?剖旳注匹HC许HC风码fPFLi|福村13 gjriffiiF ISttHtT KF 血 hQEU'i血”1：订 VJV KLW0E1 ANT Hl.ftijld 兀51 <Db 止 *01Sir 倆也滋IJE 52 n Ki 咖 JJ# QF1J2 SS135:KR tlUO7 K3fDFE JE SS4MI ?Jj_J- S4Jiff ss32.博爲4iX>fl Jiff ES3:® T jL RO J MF I皿 AMI A, fflJZ迟» 'T h W SUB

16、JU *01JiffE 阳：MW血那cinr in»hiiUH2 |*LSd3|lHVAAD>y AJPBm i rum)u i i1*rr科！m巩d唱理筝临|r c G gricEPtRia厚Hl *SEQ后申于視空目倾 刖利军le, s< - !b '丨丨”3 系统实现1. 按照系统分析中得到的指令集，在 DJ-CPT816 实验软件中新建指令系统，生 成 .mac 文件和 .mic 文件。2. 在 DJ-CPT816 实验软件中新建 .asm 文件 ,输入程序：MOV A,#00HMOV R0,#11HMOV R1,#07HAND R1,#01HJZ S1A

17、DD A,#01S1:AND R1,0FHJZ S2RR R1AND R1,0FHJZ S3S5:RR R1RR R0AND R0,0FHJZ S2AND R1,0FHJZ S4JMP S5S2:MOV A,#00HJMP ES3:MOV A,R0JMP ES4:AND A,0FHJZ S6MOV A,R0SUB A,#01JMP ES6:MOV A,R0E:OUT AEND3. 将程序另存为 .asm 文件，再汇编成机器码，调试窗口会显示出程序、机器码、反汇编指令 ,如图 3.1图3.1程序、机器码、反汇编指令4. 实验结果：使用DJ-CPTH运行此程序后得出了正确的结果，故实现了设计要求。

18、4 总结通过本次课程设计，我巩固了所学的计算机组成原理中有关指令系 统、总线系统等方面的知识， 进一步加深了对计算机组成原理实验仪的使用方法 的了解， 能够更加熟练的使用计算机组成原理实验仪， 同时还让我复习并运用了 算法设计与分析和汇编语言的内容， 此次课程设计进一步巩固和提高了自己的基 础知识。通过这次课程设计，既锻炼了我的动手能力，又锻炼了我的动脑能力， 使我理论联系实际，使所学的知识不再枯燥无味，将所学的知识运用到实际，让 我掌握这些知识更牢固。 在查找资料的同时也锻炼了自己的自学能力， 还提高了 获取有用信息的能力。 同时课程设计过程中与组内成员的积极合作培养了自己 的团队意识，让自己再一次认识到了团队合作的重要性。此次做课程设计也为自己积累了必要的经验， 做课程设计或者以后做项 目一定在最开始有个大体的设计思路， 按照设计思路一步步的做， 没有设计思路 盲目做的话，会导致设计混乱，浪费大量时间。而且在做课程设计的过程中需要 查阅大量资料，积极与组员合作，选择方法时要严谨，如果遇到错误要尽快寻求 到解决的办法，以防止影响以后的设计。本次课程设计对我来说是一次很好的实践机会，锻炼了