計算機組成原理課程設計報告完整版

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 計算機組成原理課程設計報告完整版 計算機組成原理課程設計報告 班級：06計算機 6 班姓名：李凱學號：20223007 完成時間：2022年1月3日 一、課程設計目的 1在試驗機上設計實現(xiàn)機器指令及對應的微指令（微程序）并驗證，從而進一步把握微程序設計操縱器的基本方法并了解指令系統(tǒng)與硬件結構的對應關系； 2通過操縱器的微程序設計，綜合理解計算機組成原理課程的核心知識并進一步建立整機系統(tǒng)的概念； 3培養(yǎng)綜合實踐及獨立分析、解決問題的能力。 二、課程設計的任務 針對COP2000試驗儀，從細致了解該模型機的指令/微指令系統(tǒng)入手，以實現(xiàn)乘法和除法運算功能為應用目

2、標，在COP2000的集成開發(fā)環(huán)境下，設計全新的指令系統(tǒng)并編寫對應的微程序；之后編寫實現(xiàn)乘法和除法的程序進行設計的驗證。 三、課程設計使用的設備（環(huán)境） 1硬件 COP2000試驗儀 PC機 2軟件 COP2000仿真軟件 四、課程設計的具體內容（步驟） 1細致了解并把握COP 2000模型機的微程序操縱器原理，通過綜合試驗來實現(xiàn)該模型機指令系統(tǒng)的特點： COP2000模型機包括了一個標準CPU所具備所有部件，這些部件包括：運算器ALU、 累加器A、工作寄放器W、左移門L、直通門D、右移門R、寄放器組R0-R3、程序計數(shù)器PC、地址寄放器MAR、堆棧寄放器ST、中斷向量寄放器IA、輸入端口IN

3、、輸出端口寄放器OUT、程序存儲器EM、指令寄放器IR、微程序計數(shù)器uPC、微程序存儲器uM，以及中斷操縱電路、跳轉操縱電路。其中運算器和中斷操縱電路以及跳轉操縱電路用CPLD來實現(xiàn)，其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。微程序操縱部分也可以用組合規(guī)律操縱來代替。 模型機為8位機，數(shù)據(jù)總線、地址總線都為8位，但其工作原理與16位機一致。相比而言8位機試驗減少了煩瑣的連線，但其原理卻更簡單被學生理解、吸收。 模型機的指令碼為8位，根據(jù)指令類型的不同，可以有0到2個操作數(shù)。指令碼的最低兩位用來選擇R0-R3寄放器，在微程序操縱方式中，用指令碼做為微地址來尋址微程序存儲器，找到執(zhí)行該指令的微程序。而在組

4、合規(guī)律操縱方式中，按時序用指令碼產(chǎn)生相應的操縱位。在本模型機中，一條指令最多分四個狀態(tài)周期，一個狀態(tài)周期為一個時鐘脈沖，每個狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的操縱規(guī)律，實現(xiàn)模型機的各種功能。模型機有24位操縱位以操縱寄放器的輸入、輸出，選擇運算器的運算功能，存儲器的讀寫。24位操縱位分別介紹如下： XRD ：外部設備讀信號，當給出了外設的地址后，輸出此信號，從指定外設讀數(shù)據(jù)。 EMWR：程序存儲器EM寫信號。 EMRD：程序存儲器EM讀信號。 PCOE：將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。 EMEN：將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通，由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫到EM中，還是從EM

5、讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。 IREN：將程序存儲器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄放器IR和微指令計數(shù)器uPC。 EINT：中斷返回時清除中斷響應和中斷請求標志，便于下次中斷。 ELP： PC打入允許，與指令寄放器的IR3、IR2位結合，操縱程序跳轉。 MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄放器MAR。 MAROE：將地址寄放器MAR的值送到地址總線ABUS上。 OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄放器OUT里。 STEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄放器ST中。 RRD：讀寄放器組R0-R3，寄放器R?的選擇由指令的最低兩位決定。 RWR：寫寄放器組R0-R3，寄放器R?的選

6、擇由指令的最低兩位決定。 CN：決定運算器是否帶進位移位，CN=1帶進位，CN=0不帶進位。 FEN：將標志位存入ALU內部的標志寄放器。 X2： X2、X1、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄放器。 X1： X0： COP2000中有7個寄放器可以向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù), 但在某一特定時刻只能有一 個寄放器輸出數(shù)據(jù). 由X2,X1,X0決定那一個寄放器輸出數(shù)據(jù). WEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄放器W中。 AEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。 S2： S2、S1、S0三位組合決定ALU做何種運算。 S1： S0： COP2000中的運算器由一片EPLD實現(xiàn). 有8種

7、運算, 通過S2,S1,S0來選擇. 運算數(shù)據(jù)由寄放器A及寄放器W給出, 運算結果輸出到直通門D。 模型機的尋址方式分五種： 累加器尋址：操作數(shù)為累加器A，例如“CPL A是將累加器A值取反，還有些指令是隱含尋址累加器A，例如“OUT是將累加器A的值輸出到輸出端口寄放器OUT。 寄放器尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在R0-R3的寄放器中，例如“ADD A，R0指令是將寄放器R0的值加上累加器A的值，再存入累加器A中。 寄放器間接尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EM中，數(shù)據(jù)的地址在寄放器R0-R3中，例如“MOV A，R1指令是將寄放器R1的值做為地址，把存儲器EM中該地址的內容送入累加器A中。 存儲器直接尋

8、址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EM中，數(shù)據(jù)的地址為指令的操作數(shù)。例如“AND A，40H指令是將存儲器EM中40H單元的數(shù)據(jù)與累加器A的值做規(guī)律與運算，結果存入累加器A。 立刻數(shù)尋址：參與運算的數(shù)據(jù)為指令的操作數(shù)。例如“SUB A，#10H是從累加器A中減去立刻數(shù)10H，結果存入累加器A。 模型機的缺省的指令集分幾大類：算術運算指令、規(guī)律運算指令、移位指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、跳轉指令、中斷返回指令、輸入/輸出指令。 該模型機微指令系統(tǒng)的特點（包括其微指令格式的說明等）： 模型機有24位操縱位以操縱寄放器的輸入、輸出，選擇運算器的運算功能，存儲器的讀寫。微程序操縱器由微程序給出24位操縱信號，而微程序的

9、地址又是由指令碼提供的，也就是說24位操縱信號是由指令碼確定的。該模型機的微指令的長度為24位，其中微指令中只含有微命令字段，沒有微地址字段。其中微命令字段采用直接按位的表示法，哪位為0，表示選中該微操作，而微程序的地址則由指令碼指定。 2。計算機中實現(xiàn)乘法和除法的原理 （1）無符號乘法 實例演示（即，列4位乘法具體例子演算的算式）： 硬件原理框圖： 算法流程圖： （2）無符號除法 實例演示（即，列4位除法具體例子演算的算式）： 硬件原理框圖： 算法流程圖： 3對應于以上算法如何分派使用COP2000試驗儀中的硬件 （初步分派，設計完成后再將確切的使用狀況填寫在此處） 乘法： 寄放器R0：初值

10、為0，運行時累加每次循環(huán)的結果，運行后R0中即為乘法的積。寄放器R1：存放被乘數(shù)。 寄放器R2：存放乘數(shù)。 除法： 寄放器R0：存放被除數(shù) 寄放器R1：存放除數(shù) 寄放器R2：初值為0，每次循環(huán)如符合條件就將其左移并加1， 否則僅左移，最終結果即為商 寄放器R3：計數(shù)器。初值為0，左移時將其移至最高位為1，R3記錄移動次數(shù)。 作除法時，商每上一位時R3即自減1。因左移次數(shù)與最終右移次數(shù)相等， 故當R3減至負數(shù)(FF)時即終止程序運行。 4在COP2000集成開發(fā)環(huán)境下設計全新的指令/微指令系統(tǒng) 設計結果如表所示（可按需要增刪表項） （1）新的指令集 （設計兩個不同指令集要分別列表） （2）新的微

11、指令集 PC 5用設計完成的新指令集編寫實現(xiàn)無符號二進制乘法、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： MOV R0,#00H MOV R1,#09H MOV R2,#0AH BEGIN: AND R2, #0FH JZ EXIT AND R2,#01H JZ LOOP MOV A,R1 ADD R0,A LOOP: SHL R1 SHR R2 JMP BEGIN EXIT: OVER （2）除法 4位除法的算法流程圖與匯編語言程序清單： MOV R0,#0AAH MOV R1,#0DH MOV R2,#0H MOV R3,#0H AND R1, #0FH JZ EXIT ENTER: CMP R1,#80H JC INCRE JMP BEGIN INCRE: SHL R1 ADD R3,#1H JMP ENTER BEGIN: MO