没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
东北大学计算机组成原理课程设计
需积分: 2 24 下载量 175 浏览量
2019-12-26
16:03:04
上传
评论 4
收藏 3.95MB DOC 举报
温馨提示
试读
35页
基于cop2000,独立编写指令集,实现4位乘法(有、无符号),8位除法(无符号),可以直接使用,希望帮到需要的人
资源推荐
资源详情
资源评论
计算机组成原理课程设计报告
班级:计算机 1708 班 姓名: 学号:
完成时间: 209.12.26
一、课程设计目的
1.在实验机上设计实现机器指令及对应的微指令(微程序)并验证,从而进一步掌握微程
序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系;
2.通过控制器的微程序设计,综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机
系统的概念;
3.培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。
二、课程设计的任务
针对 COP2000 实验仪,从详细了解该模型机的指令/微指令系统入手,以实现乘法和
除法运算功能为应用目标,在 COP2000 的集成开发环境下,设计全新的指令系统并编写对
应的微程序;之后编写实现乘法和除法的程序进行设计的验证。
三、 课程设计使用的设备(环境)
1.硬件
COP2000 实验仪
PC 机
2.软件
COP2000 仿真软件
四、课程设计的具体内容(步骤)
1.详细了解并掌握 COP 2000 模型机的微程序控制器原理,通过综合实验来实现
该模型机指令系统的特点:
① 总体概述
COP2000 模型机包括了一个标准 CPU 所具备所有部件,这些部件包括:运算器
ALU、累加器 A、工作寄存器 W、左移门 L、直通门 D、右移门 R、寄存器组 R0-
R3、程序计数器 PC、地址寄存器 MAR、堆栈寄存器 ST、中断向量寄存器 IA、输入
端口 IN、输出端口寄存器 OUT、程序存储器 EM、指令寄存器 IR、微程序计数器
uPC、微程序存储器 uM,以及中断控制电路、跳转控制电路。其中运算器和中断控
制电路以及跳转控制电路用 CPLD 来实现,其它电路都是用离散的数字电路组成。微
程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。
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,在微程序控制方式中,用指令码做为微地址来寻
址微程序存储器,找到执行该指令的微程序。而在组合逻辑控制方式中,按时序用指
令码产生相应的控制位。在本模型机中,一条指令最多分四个状态周期,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。
模型机的缺省的指令集分几大类: 算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数
据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。
② 模型机的寻址方式
表 1 模型机的寻址方式
模型机的寻址方式 寻址方式说明 指令举例 指令说明
累加器寻址
操作数为累加器 A
CPL A
将累加器 A 的值取反
隐含寻址累加器 A
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
ADD A,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
MOV A,@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。
AND A,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。
SUB A,#10H
从累加器 A 中减去立即
数 10H,结果存入累加
器 A
COP2000 模型机指令的最低两位(IR0 和 IR1)用来寻址 R0~R3 四个寄存器;IR2 和 IR3
与 ELP 微控制信号,Cy 和 Z 两个程序状态信号配合,控制 PC 的置数即程序的转移。各种
转移的条件判断逻辑如下所示:
PC 置数逻辑
当 ELP=1 时,不允许 PC 被预置
当 ELP=0 时
当 IR3=1 时,无论 Cy 和 Z 什么状态,PC 被预置
当 IR3=0 时
若 IR2=0,则当 Cy=1 时 PC 被预置
若 IR2=1,则当 Z=1 时 PC 被预置
本模型机时序控制采用不定长机器周期的同步控制方式,一条指令最多分四个节拍。
系统提供的默认指令系统包括以下 7 类指令:
算术运算指令: 逻辑运算指令: 数据传输指令: 跳转指令:
ADD A, R?
ADD A, @R?
ADD A, MM
ADD A, #II
ADDC A, R?
ADDC A, @R?
ADDC A, MM
ADDC A, #II
SUB A, R?
SUB A, @R?
SUB A, MM
SUB A, #II
SUBC A, R?
SUBC A, @R?
SUBC A, MM
SUBC A, #II
AND A, R?
AND A, @R?
AND A, MM
AND A, #II
OR A, R?
OR A, @R?
OR A, MM
OR A, #II
CPL A
MOV A, R?
MOV A, @R?
MOV A, MM
MOV A, #II
MOV R?, A
MOV @R?, A
MOV MM, A
MOV R?, #II
JC MM
JZ MM
JMP MM
CALL MM RET
移位指令: 中断返回指令: 输入
/
输出指令:
RR A
RL A
RRC A
RLC A
RETI READ MM
WRITE MM
IN
OUT
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
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。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?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
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。
X2 X1 X0
输出寄存器
0 0 0
IN_OE 外部输入门
0 0 1
IA_OE 中断向量
0 1 0
ST_OE 堆栈寄存器
0 1 1
PC_OE PC 寄存器
1 0 0
D_OE 直通门
1 0 1
R_OE 右移门
1 1 0
L_OE 左移门
1 1 1
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。
S2 S1 S0
功能
0 0 0
A+W 加
0 0 1
A-W 减
0 1 0
A|W 或
0 1 1
A&W 与
1 0 0
A+W+C 带进位加
1 0 1
A-W-C 带进位减
1 1 0
~A A 取反
1 1 1
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 算法流程图:
初始化被乘数及乘数
初始化中间结果
开始
始
计算部分积
乘数末位为
1?
结束
被乘数左移一位 ( 不带进
位 )
乘数右移一位 ( 不带进位 )
输出结果( R
0
)
乘数为 0?
Y
N
Y
N
剩余34页未读,继续阅读
资源评论
小川建
- 粉丝: 0
- 资源: 9
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功