计算机组成原理除法课程设计Word文档格式.docx
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1在基本模型机的基础上设计取数、存数、输入、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、存储器直接寻址三种寻址方式。
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、两存储单元数据交换等功能。
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。
划
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
考
资
料
[1]蒋本珊.计算机组成原理(第2版).北京:
清华大学出版社,2011
[2]白中英.计算机组成原理(第二版).北京:
科学出版社,2008
[3]DJ-CPTH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
指导教师签字
教研室主任签字
2012年12月17日
指导教师评语:
成绩:
指导教师:
年月日
安徽理工大学课程设计(论文)成绩评定表
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及编码的设计,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
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DBUS
IREN:
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uPC
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?
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,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1
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,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
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
表2ALU运算
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
1.2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
(1)微指令的24位控制位如下:
(2)设计出的微指令集如下表:
助记符
状态
微地址
微程序
数据输出
数据打入
地址输
出
运算
器
uPC
PC
_FETCH_
T0
00
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
01
FFFFFF
02
03
ADDA,#*
T2
04
C7FFEF
存储器值EM
寄存器W
T1
05
FFFE90
ALU直通
寄存器A,
标志位C,Z
加运
算
06
07
SUBA,#*
08
09
FFFE91
寄存器A标志
位C,Z
减运
0A
0B
ANDR,#*
T3
0C
0D
FFF7F7
0E
FFFE93
0F
OUT
10
FFDF9F
用户OUT
11
12
13
JMP*
14
C6FFFF
寄存器PC
写
入
15
16
17
MOVR?
#*
18
C7FBFF
寄存器R?
19
1A
1B
JZ*
1C
1D
1F
20
RRR?
21
22
FFF9BF
23
24
MOVA,#*
25
C7FFF7
26
27
28
ANDA,#*
29
C7SUBR1,AFFEF
2A
2B
2C
MOVA,R
2D
2F
30
31
END
32
33
34
35
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:
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:
MOVA,#00H
MOVR0,#11H
MOVR1,#07H
ANDR1,#01H
JZS1
ADDA,#01
S1:
ANDR1,0FH
JZS2
RRR1
JZS3
S5:
RRR0
ANDR0,0FH
JZS4
JMPS5
S2:
JMPE
S3:
MOVA,R0
S4:
ANDA,0FH
JZS6
SUBA,#01
S6:
E:
OUTA
END
3.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。
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,锻炼了自己的动手能力,让我能够过活学活用知识,在实践中加深对所学课程的理解,让我充分认识到了理论与实践的重要性。
在以后的学习与生活中,要不断的把课本所学的知识与生活实际相结合,让自己知道自己所学知识的用处以及发现有待加强和学习的地方。
总之,此次课程设计,自己获益匪浅。
5参考文献
1.白中英.《计算机组成原理(第二版)》.北京:
科学出版社,1998
2.平玲娣,潘雪增.《计算机组成与设计》浙江大学出版社,出版日期:
2004
3.裘雪红,李博成,车向全等.《计算机组成与系统结构》.北京:
高等教育出版社,2009
4.《DJ-CPTH超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书》
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- 关 键 词:
- 计算机 组成 原理 除法 课程设计