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)并編寫對應(yīng)的微

2、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COP2000實(shí)驗(yàn)儀PC機(jī)2 .軟件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)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)位跳車t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）：該模型機(jī)的

3、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O可惜的是，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德長度限定在8位以

4、內(nèi)而于需要儲存中間結(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。輸入乘數(shù)，被乘數(shù)Y將A存入R0,即為最終結(jié)果由上可知，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。輸入除數(shù)，被除數(shù)將除數(shù)取至R0,被除數(shù)取至R1商R2初始化為0,次數(shù)R3初始化為5被除數(shù)是否為0?Y硬件原理框圖:?

5、產(chǎn)1，/過J3 .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SUBT/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

6、A,#II減測試，將A減去#II改變標(biāo)志位，但不改變A值TESTA,#II位測試，用A與II相與，但不改變A值MOVR?,#II將立即數(shù)II送入R?MOVA,#II將立即數(shù)II送入A?MOVA,R?將寄存器R?的值取到A中MOVR?,A將寄存器A的值放到R?中ADDA,R?A與R?相加，結(jié)果存入A中SUBA,R?A與R?相減，結(jié)果存入A中JMPMM跳轉(zhuǎn)到MM標(biāo)注的位置JZMM根據(jù)零標(biāo)志跳轉(zhuǎn)到MM位置JCMM根據(jù)進(jìn)位標(biāo)志跳轉(zhuǎn)到MM位置PUSHA將A壓棧POPA將A彈棧LOOPMM當(dāng)寄存器R3的值不為0時，跳轉(zhuǎn)至MM（2） 新的微指令集即記得狀態(tài)懦喇搬程序1數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)打入地貼岫運(yùn)苴器粉俗慟WuF

7、CPCTO>00CBFFFF滋揩軍寄存署皿F匚輸出施出寫入*101FFFFFF任浮空嗡出*1呢FFFPPF浮空港空端出*11-mm浮空浮空漏出*1wur04FFFFFF洛浮空端出*105FFFFFF浮空嫡出*1保FFFFFF轉(zhuǎn)浮空硼出107mm蜃左礴出*1MDV兒趕工T100C7FFF7存貯色值取寄存季F匚礎(chǔ)端出*1*1TO09CBMKF指令寄存器IHI匚輸出嗡出寫入DAFTFPFF浮空落空端出*1腳mm浮空淳空闌出*1閡丫MR?T1ocFFF7F7寄存簿值心寄存含K浮空瀚出*1TO皿CBFFFF9鉉指令寄存器IB丸輸出慚出寫入*30EFFFFFF轉(zhuǎn)評交牌出1OFFFFFFF輯浮空端i出

8、*1MWE?jillT110C7FBFF存貯善值四寄存霹R?I匚礎(chǔ)端出*1*1TO11CEFFFF浮空1旨令寄存靜皿F匚林出臉出寫入H12rrrm浮空落空端出113mm浮空浮空硼出*1MOVE?rkT1】4F7FB9FALU直面寄存器艮？浮空闔出+1TO15CBFFFF番指含寄存器I苴丸輸出慚出寫入*10FFFFFF左浮空課出117FFFFFF浮空浮空墉出*1ADD兒R?T213FFF7EF寄存值即寄存券浮空端i出*1T119FFFE90ALU直通寄存急品志艇.苫落空加運(yùn)其*1TOUCBHJT浮空，旨令奇存器IRP匚弁比嗡出寫入*1助記符狀態(tài)徽地址徜在序1數(shù)搦輸出數(shù)據(jù)打入地址輸出運(yùn)算第移位t彈

9、uPCPCS1TB丸1?T2ICTFF7EF寄存器俏B?寄存器¥任端出+1TlIDJBFE91MJT直通奇存粉比標(biāo)志位C.E浮空徐通茸+1TQIEcsffff浮空指自尋存罪】用端出高入*1IFFFFFFF滓空巷端出*1Tl20rFFFET皿右移寄存器K端出前進(jìn)位右移*1TO21CBFFFF:滓空指令寄存器1EMuiU癡出寫入122TFFFFF浮空端出*123rpppFF浮空麻出*1RDLTi24FPPPD7AUI左移寄存器A端出常進(jìn)位左移+1TO2SCBOTF浮空指令奪存3S1E墟出寫入+1就FFFFFF;羥端出*1NTFF7FFF:羥端出*1SUITkK?T4ZB7PEF3FMJJ

10、直通堆程寄存器51啕出*1T329rFFfEF寄存器值E?寄存器V幅出*1T2二包?FFE91ALU直通寄存器比標(biāo)志位浮底運(yùn)算+1Tl2BFFFPS7堆柱密存若ST寄存器A漏出+1IMEFTO2£CBPFFF:羥指令寄存器IE端出與A*12DTFFFFF浮空淳空塌出+1ZEFFFFTF1羥浮空楙出乜ZFrPFFTF:噂罪例出*1TESTkIIIT430rFEFSFMJJ直通堆榜寄存器sr轉(zhuǎn)嚼出*1T331CTFFEF聿!濯值EM寄存器V崎出*11T232TFFE33虹U直通寄存器比標(biāo)志位浮浮空與運(yùn)算*1Ti33葉鶴7堆柱寄存荔ST寄存器人在滯出*1IDTDEFTO34CBPFFF:羥

11、指導(dǎo)尋存爵IR端出寫入+136FFFFFF浮空浮空南出+1闔PFEFTF1在庶出*1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4位乘法的算法流程圖與匯編語言程序清單:輸入乘數(shù)，被乘數(shù)將乘數(shù)取至R0被乘數(shù)取至R1中間結(jié)果A初始化為0將乘數(shù)放在R0,被乘數(shù)放在R1中MOVR0,#04H;乘數(shù)MOVR1,#0AH;被乘數(shù)MUL:MOVR2,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，/、產(chǎn)生標(biāo)志MOVR1,A;將被乘數(shù)保存

12、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將A存入R0,即為最終結(jié)果(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)法輸入除數(shù)，被除數(shù)將除數(shù)取至R0,被除數(shù)取至R1商R刎始化為0,次數(shù)R淑始化為5被除數(shù)是否為0?Y*除法溢出MOVR0,#08H；除數(shù)MOVR1,#36H；余數(shù)/被除數(shù)MOVR2,#00H；商MOVR3,#05H；移位次數(shù)MOVA,R1；判斷被除數(shù)是否為0TESTA,#0FFHSUBA,R0JCENDS;不夠除MOVA,R0;將除數(shù)移位

13、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，右夠減，商應(yīng)大于4位，除法溢出，置除數(shù)商為SUBTA,R0;0FFHJCDIVJMPOVERDIV:MOVA,R1SUBTA,R0;測試是否夠減JCDIV1SUBA,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,#0HMOVA,R0;將除數(shù)右移RORMOVR0,AMOVA,R2ROL;將商左移，夠減時商為1ADDA,#01HMOVR2,AMOVA,R3SUBA,#01H;減少技術(shù)次數(shù)

14、MOVR3,AJZENDSJMPDIVDIV1:;不夠減的情況，直接將除數(shù)右移MOVR1,AMOVA,#1HSUBA,#0HMOVA,R0RORMOVR0,AMOVA,R2ROLMOVR2,A;將商左移，不夠減時商為0MOVA,R3JZOVERF；為0則跳轉(zhuǎn)至除法中斷。置除數(shù)、商為0SUBA,#01H；減少計(jì)數(shù)次數(shù)MOVR3,AJZENDSJMPDIVOVERF:MOVR1,#0MOVR2,#0JMPENDSOVER:MOVR1,#0FFHMOVR2,#0FFHJMPENDSNOP6 .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

15、法指令的運(yùn)行過程，截取前幾個循環(huán)（10*10的乘法）助記荷狀態(tài)微地址府理席|勃據(jù)輸出愀據(jù)打入地址輸出運(yùn)茸器修例部怔c|rc0JJ17CHTO00CBFFFP指令寄存器工EF都指出寫入n00HOYEQ.MAT110C7FBFP存!貯器值EM寄存器R?端出41+1TO11CEFFPP浮空指令寄存器工RP型瀚出寫入,102MD?RLtOkT110CrFBFF存貯科值前奇存器臚端出+1+1TO|】tEFFFF浮空指令奇存器建端出寫入刊MMDVEZ.KT1】4FFFB3FALU直通寄存歌7瀚出+1TO15CBFFFF指今寄存署工RrctH燔1出寫入*105MOV兒ElT1OCFFF7F7寄存器值此寺田嘲

16、出TOODCBFFFP浮空指導(dǎo)寄存器工ErcWi麻出寫入,106TEST4#0FT430FFEF9FALU直通堆棧寄存晶燈源出+1T331C7FPEJ存貯器值況寄存資端出+1+1T2第FF?I?3ALU自畫寄存粉機(jī)標(biāo)志位匚1與運(yùn)茸+1T133律"升堆棧奪存器5T寄存粉*輸出+107MD¥MK3TO34CBFFFP潭空指令寄存器工E端出寫入十】06JZ15Ti54CBFFFP壽肥器值EN寄存器FCrcWii喘出乜寫入TO55CBFFFP浮空指令寄存器工EF越端出寫入*10ATESI4片口1!T430FFEF9FALU直通堇在寄存器阻端出41T331C?FFEf存貯嘉值況群存池

17、端出+1期T2%FFT133ALU直通寄存器機(jī)標(biāo)志艇.工與運(yùn)茸+1Tl33FFXF57堆桂亭存然仃tF#施甫出+10BjKiunTO34CB7FF?津空指令寄存器1B蝴出SA+CRDRTl20FFFFBTALU右移寄存縱指出前進(jìn)位右移*1TO21CBFFFF淖空指令寄存器工ErcWii順出寫入n0DHOVEl.KTlFFFB9FALU直通寄存器R?嗡出+1TO15CBFFFP浮空指令寄存器工£渝出寫入*10EMOY兒ETlACFFF7F7寄存粉值所寄存善M端出+1TOODCETTPF浮空指令寄存第IR端出寫入+1除法運(yùn)行結(jié)果（54/8）一個循環(huán)助記符狀窸篦地址賽程序1數(shù)據(jù)臉出熱據(jù)打入

18、地址朝出運(yùn)苴器粉劃空制吒100JATCHTO00CBFFFF轉(zhuǎn)指令寄存器1E乳瀚出點(diǎn)出寫入*100W加.«QSTl10C7PEFF存貯器值EM寄存器股球出礴出n*1JTD11CBFEFF浮空指令寄存器IE端出嚼出寫入*102MOVRI.41361110C7PEFF楓嗡值EM寄存器的FC輸出唏出+1+1TO11CBPFFF，觸指令耳存器IBH?輸出唏出寫入4104MOVR2.100Tl10CTPBFF存貯能值EM寄存器吩咻出端出+1+1u11CBJTFF:日指令空存第15礴出皆人乜06M)V粗.105lL10C?FEFT存虻器官EM寄存器£?rc鈿蟠出+1*1TO11CBEF

19、FF滓空指令寄存器IErc輸出解出寫入*108WDV'ElnocFFF7FT寄存署值貿(mào)寄存第滋嚼出+1IDODCKFFFT浮空指令寄存器加FC輸出嗡出罵人+109TESTktPFT430FPEF9FAUJ直通堆住百存器工唏出+1T331口期即存於器侑EM寄存粉嗡出+1+1TiT32rPFE93MAT直通奇在器人標(biāo)志位JE浮空與運(yùn)算+1II33FPPF57堆桂寄存罟3T寄存歌較端出+1OATODEFFFTO34CBFFFF滓空格令寄存器IE睬出隔出寫入*1OBJZ40n54C6PFFF存貯器值困寄存藉冏,出嚼出n寫入TO55CBPPFF浮空指令寄存器在PC輸出闔出有入+1ODHDVM的T

20、lOCFPP7F7寄存能值酊寄存器A搟唏出+1TOODGFFFF浮空指令寄存器IE咻出蝴出導(dǎo)入+1口EBOLTl24FPPH);MJJ左移寄存器人希海出帶迸位左移+1TO25CBPFFF卷指令寄存黑IEFC鈿蟠出寫入+1OFEOLTl24FrPFDTALU左夠寄存器比轉(zhuǎn)痛出帶迸位左移+1TD25CBFEFF譚空指令寄存器IE,出嚼出寫入+110BOLTl24FTPED7AUJ左移寄存第看唏出帚進(jìn)位左修+1TO汨CBFBFF三萼指令寄存菁IR咻出礴出寫入+1IIBOLTl24FF理W皿左移奇存器A由出常朝5左移十1O助記符狀態(tài)徵地址徵程序|數(shù)據(jù)輸出數(shù)招打入地址黜運(yùn)理器移位空制UPCPC12M3V

21、RO,AT114FFFB9FALU百通寄存器R?浮空確出1TO15CBFFFF浮空指令寄存簿工RPC輸出嫡出寫入113M)VKRIT1OCFFF7F7寄存答值R。寄存罟A浮空南出1TOODCBFFFF浮空指令寄存粉IRPC耕出啕出寫入*114SUBT配ROT428FFEF9FALU自通堆柱寄存器ST浮空嗡出1T329FFF7EF寄存器值R?寄存器w浮空出1122AFFFE91ALU百通寄存器A標(biāo)志位C,Z浮空欣運(yùn)算1T12BFFFF57堆柱寄存器ST寄存器A浮空確出114SUBT尢BOTO2CCBFFFF浮空指令寄存翳1RPC輸出確出寫入116JU2DT150C6FFFF存貯罟值EM寄存罟式P

22、C輸出嘛j出1寫入TO51CBFFFF浮空指令寄存給IRP端出端出寫入*12DMOVRLAT114FFFB9FALU自通寄存孟劉浮空端出*1TO15CBFFFF浮空指令寄存器IRPC輸出出寫入121MOVkMOIT108C7FFP7存於署值EW寄存署APC筑出瀚出11TO09CBFFFF浮空指令寄存器RPC輸出梯超寫入130SUB九#00T23CC7FFEF存貯總值EK寄存若*PC輸出確出1*1T13DFFFE91ALU直通寄存答A標(biāo)志位&Z浮空成運(yùn)算1TO3ECBFFFF浮空指令寄存器IRPC輸出闌出寫入132B»VKROT1OCFFF7口寄存這值R。寄存55A浮空嗡出1T

23、OODCBFFFF浮空指令寄存器IRPC輸出嗡出寫入133RORT120FFFFB7心由移寄存器A浮空蝴出常退位右移1TO21CBFFFF浮空揩令寄存器IRPC輸出蹄出寫入134MOVRO,AT114FFFB9FALU百通寄存罟R?浮空確出1TO15CBFFFF浮空指令寄存簿工RPC輸出確出寫入13SMOV尢R2T1OCFFF7F7寄存蓍值R。寄存罟入浮空檎出1TOODCBFFFF浮空指令寄存給IRPC輸出幅出寫入*136ROLT124FFFFD7|AIMS移|寄存著A怪空;烯出1常這位左移*1LJ助記存狀態(tài)徽地址數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)打入地址輟出運(yùn)苴器移位控制uFCPC|TO25CBFFFF濘空指令寄

24、存器工RPC航出瀚出寫入137M3V除AT114FFFB9FALU百通寄存罟R?浮空確出1TO15CBFFFF浮空指令寄存器工RPC粉出嫡出寫入138MOVKR3T1OCFFF7F7寄存答值R。寄存熱浮空嫡出1TO0DCBFFFF涔空指令寄存第IRPC輸出喻出寫入*139SUBK«01T23CC7FFEF柳沼值E«寄存奢*PC輸出睛他11T13DFFFE91ALV§1寄存罟a標(biāo)志位c,z浮空成運(yùn)省1TO3ECBFFFF浮空揩令寄存器IRPC輸出編出寫入13BMOV險AT114FFFB9FALU百通寄存器R?浮空嫌出1TO15CBFFFF浮空指令寄存翳RPC輸出確出

25、寫入1XJZ44T154CBFFFF存貯罟值EM寄存著PCPC粉出端出1寫入TO56CBFFFF浮空指令寄存給IRPC輸出喻出寫入*13EJMP13T15CC6FFFP存貯色值EM寄存志工PC輸出嗡出*1寫入TO5DCBFFFF浮空指令寄存器IRPC輸出Mft出寫入113MOV'RIT1OCFFF7F7寄存善值R?寄存者A浮空斕出1TO0DCBFFFF浮空指令存存器1RPC輸出雨出寫入114SUBT'R0T428FFEF9FALU百通堆柱寄存簿ST浮空確出一一11T329FFF7EF寄存答值R。寄存若W浮空嫡出1T22AFFFE91ALU直通寄存答A標(biāo)志位C,Z浮空咸運(yùn)算1T12BFFFF57雄核寄存器ST寄存55A浮空端出*114SUBT樂R0TO2CCBFFFF浮空指令寄存器IRPC輸出煽出寫入115JC2DT150C6FFFF存貯S值項(xiàng)寄存署FCPC粉出闔出1寫入TO51CBFFFF浮空指令寄存器IRPC輸出蹄出寫入12DMOVRbAT114F