COP实现乘法器和除法器Word下载.docx
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OUT
将累加器A的值输出到输出端口寄存器OUT
寄存器寻址
参与运算的数据在R0~R3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
立即数寻址
参与运算的数据为指令的操作数。
SUBA,#10H
从累加器A中减去立即数10H,结果存入累加器A
(2)该模型机微指令系统的特点(包括其微指令格式的说明等):
①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。
②微指令格式的说明
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,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。
这24位操作控制信号的功能如表2所示:
(按控制信号从左到右的顺序依次说明)
表2微指令控制信号的功能
操作控制信号
控制信号的说明
XRD
外部设备读信号,当给出了外设的地址后,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,由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写到EM中,还是从EM读出数据送到DBUS。
IREN
将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器μPC。
EINT
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IR3、IR2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MAR。
MAROE
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上数据存入堆栈寄存器ST中。
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?
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
将标志位存入ALU内部的标志寄存器。
X2
X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。
X1
X0
WEN
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
S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。
S1
S0
COP2000中有7个寄存器可以向数据总线输出数据,但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据.由X2,X1,X0决定那一个寄存器输出数据。
X2X1X0
输出寄存器
000
IN_OE外部输入门
001
IA_OE中断向量
010
ST_OE堆栈寄存器
011
PC_OEPC寄存器
100
D_OE直通门
101
R_OE右移门
110
L_OE左移门
111
没有输出
COP2000中的运算器由一片EPLD实现.有8种运算,通过S2,S1,S0来选择。
运算数据由寄存器A及寄存器W给出,运算结果输出到直通门D。
S2S1S0
功能
A+W加
A-W减
A|W或
A&
W与
A+W+C带进位加
A-W-C带进位减
~AA取反
A输出A
2。
计算机中实现乘法和除法的原理
(1)无符号乘法
①实例演示(即,列4位乘法具体例子演算的算式):
被乘数为1001(二进制),即为十进制的9;
乘数为0110(二进制),即为十进制的6。
那么,可以通过笔算得到:
1001×
0110=00110110
即十进制运算结果为:
9×
6=54
无符号乘法的实例演示如图1所示:
1001;
被乘数
×
0110;
乘数
0000;
初始值(零)
+0000(0);
乘数最低位为0,部分积加0,被乘数左移一
;
位,乘数右移一位。
0000;
部分积
+1001
(1);
乘数最低位为1,部分积加被乘数,被乘数左
移一
10010;
110110;
+0000(0);
(0)0110110;
计算完毕,结果为00110110
即:
图1无符号乘法实例演示
②硬件原理框图:
图2无符号乘法的硬件原理框图
在模型机上实现无符号数乘法运算时,采用“加法—移位”的重复运算方法。
那么,
无符号乘法的硬件原理框图如图2所示。
③算法流程图:
因此,无符号乘法的算法流程图如图3所示。
图3无符号乘法的算法流程图
(2)无符号除法
①实例演示(即,列4位除法具体例子演算的算式):
被除数为01100100(二进制),即为十进制的100;
除数为1001(二进制),即为十进制的9。
01100100÷
1001=1011…0001
100÷
9=11…1
无符号除法的实例演示如图4所示
01011
100101100100;
被除数
1001;
除数
;
减去除数
11010;
余数为负,C=1,商上0
商左移一位,除数右移一位
;
加上除数
000111;
余数为正,C=0,商上1
;
1111100;
余数为负,C=1,商上0
00001010;
00000001;
余数为正,C=0,商上1,余数为1
余数为正不用处理
图4无符号除法的算法流程图
图5无符号除法的硬件原理框图
在模型机上实现无符号数除法运算时,采用“加减交替算法”的运算方法。
那么,无符号除法的硬件原理框图如图5所示。
因此,无符号除法的算法流程图如图6所示。
图6无符号除法的算法流程图
3.对应于以上算法如何分配使用COP2000实验仪中的硬件
(1)无符号乘法
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:
表3无符号乘法的硬件分配情况
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
寄存器R1
①初始化时,用来存放被乘数;
②在程序执行的过程中,用来存放向左移位后的被乘数。
寄存器R2
①初始化时,用来存放乘数;
②在程序执行的过程中,用来存放向右移位后的乘数。
累加器A
执行ADDA,R?
(加法)、SHLR?
(左移一位)、SHRR?
(右移一位)等命令时所必须使用的寄存器。
寄存器W
(加法)、TESTR?
#II(测试R2的末位)等双操作数命令时所必须使用的寄存器。
左移门L
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。
直通门D
用来控制ALU的执行结果是否输出到数据总线。
右移门R
用来实现相应数据右移一位的运算,并能够控制该运算后的结果是否输出到数据总线。
程序计数器PC
①控制程序按顺序正常执行;
②当执行转移指令时,从数据线接收要跳转的地址,使程序能够按需要自动执行。
③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μPC
向微程序存储器μM提供相应微指令的地址。
微程序存储器μM
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。
无符号除法对应于COP2000实验仪的硬件具体分配使用情况如下表所示:
表4无符号除法的硬件分配情况
初始化时,用来存放被除数和计算后的余数。
①初始化时,用来存放除数;
②在程序执行的过程中,用来存放向右移位后的除数。
在程序执行过程中,用来保存当前算得的商。
寄存器R3
当作计数器使用,用来控制程序是否结束(初始值5)。
①计算时用来存放中间结果;
②执行ADDA,R?
(加法)、SUBA,R?
(减法)等命令时所必须使用的寄存器。
执行SUBA,R?
(减法)等双操作数命令时所必须使用的寄存器。
4.在COP2000集成开发环境下设计全新的指令/微指令系统
设计结果如表所示(可按需要增删表项)
(1)新的指令集
(设计两个不同指令集要分别列表)
表5无符号乘法和除法的新指令集
助记符
机器码1
机器码2
_FATCH_
000000xx
00-03
实验机占用,不可修改。
复位后,所有寄存器清0,首先执行_FATCH_指令取指。
ADDR?
A
000001xx
04-07
将累加器A中的数加入到寄存器R?
中,并影响标志位。
ADD
R?
#II
000010xx
08-0B
II
将立即数II加入到寄存器R?
SUBR?
A
000011xx
0C-0F
从寄存器R?
中减去累加器A中的数,并影响标志位。
SUB
000100xx
10-13
中减去立即数II,并影响标志位。
TESTR?
000101xx
14-17
寄存器R?
“与”立即数II,只改变标志位,并不改变R?
中的数值。
PUSHA
000110xx
18-1B
将累加器A中的数据压入堆栈寄存器ST。
POPA
000111xx
1C-1F
将堆栈寄存器ST中的数据弹出到累加器A中。
MOVA,R?
001000xx
20-23
将寄存器R?
中的数放入累加器A中。
MOV
001001xx
24-27
将立即数II存放到寄存器R?
中。
SHLR?
001010xx
28-2B
中的数不带进位向左移一位,并不影响标志位。
SHRR?
001011xx
2C-2F
中的数不带进位向右移一位,并不影响标志位。
JCMM
001100xx
30-33
MM
若进位标志位置1,跳转到MM地址。
JZMM
001101xx
34-37
若零标志位置1,跳转到MM地址。
JMPMM
001110xx
38-3B
跳转到MM地址。
OVER
001111xx
3C-3F
程序结束。
(2)新的微指令集
表6无符号乘法的新微指令集
状态
微地址
微程序
数据输出
数据打入
地址输出
运算器
移位控制
PC
PC
_FATCH_
T0
00
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
+1
01
FFFFFF
02
03
T2
04
FFF7EF
寄存器值R?
T1
05
FFFA98
ALU直通
标志位C,Z
加运算
06
07
T3
08
FFF7F7
寄存器A
09
C7FFEF
存贮器值EM
0A
标志位C,Z
0B
0C
FFFF8F
0D
寄存器值R?
0E
FFFA99
寄存器R?
减运算
0F
10
11
12
13
14
C7FFFF
15
16
FFFE93
与运算
17
18
FFEF9F
堆栈寄存器ST
19
1A
1B
1C
FFFF57
1D
1E
1F
20
21
22
23
MOVR?
24
C7FBFF
25
26
27
28
29
FFF9DF
ALU左移
左移
2A
2B
2C
2D
FFF9BF
ALU右移
右移
2E
2F
30
C6FFFF
寄存器PC
31
32
33
34
35
36
37
38
39
3A
3B
3C
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