uM计算机组成原理,计算机组成原理_课程设计报告.doc

计算机组成原理_课程设计报告.doc

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下载可编辑计算机组成原理课程设计报告班级：计算机 班 姓名： 学号： 完成时间： 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l COP2000实验仪l PC机2．软件l 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.模型机总体结构 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。 模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。 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。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。2. 模型机寻址方式 模型机的寻址方式分五种： 累加器寻址： 操作数为累加器A，例如“CPL A”是将累加器A值取反，还有些指令是隐含寻址累加器A，例如“OUT”是将累加器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，例如 “ADD A，R0”指令是将寄存器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，例如 “MOV A，@R1”指令是将寄存器R1的值做为地址，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。例如“AND A，40H”指令是将存储器EM中40H单元的数据与累加器A的值做逻辑与运算，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。例如 “SUB A，#10H”是从累加器A中减去立即数10H，结果存入累加器A。3. 模型机指令集 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。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, #IIAND A, R? AND A, @R? AND A, MM AND A, #II OR A, R?OR A, @R? OR A, MM OR A, #IICPL AMOV A, R? MOV A, @R? MOV A, MM MOV A, #II MOV R?, A MOV @R?, AMOV MM, A MOV R?, #IIJC MM JZ MM JMP MMCALL 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 ARETIREAD MMWRITE MM INOUT4. 模型机指令格式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. 模型机微指令格式3. 模型机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。24位控制位分别介绍如下： 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。 。省略部分。F210809EM=08,IR=08R0=03RR R12129FFF7F7FFF8BFCBFFFF2228292AEM=29,IR=29R1=20,A=20R1=10RLC R2222EFFF7F7FFFADFCBFFFF232C2D2EEM=2E,IR=2ER2=02,A=02R2=04JMP B0234815C6FFFFCBFFFF24154849EM=48,IR=48EM=15MOV A,R3150FFFF7F7CBFFFF160C0DEM=0F,IR=0FR3=04,A=04SUB A,R11619FFF7EFFFFE91CBFFFF1718191AEM=19,IR=19R1=10,W=10A=F4JZ C117442FC6FFFFCBFFFF18194445EM=44,IR=44EM=2FMOV A,R0190CFFF7F7CBFFFF1A0C0DEM=0C,IR=0CR0=03,A=03SUB A,R11A19FFF7EFFFFE91CBFFFF1B18191AEM=19,IR=19R1=10,W=10A=F3JC B11B401FC6FFFFCBFFFF1C1F4041EM=40,IR=40EM=1FADD A,R11F15FFF7EFFFFE90CBFFFF20141516EM=15,IR=15R1=10,W=10A=03MOV R0,A2008FFFB9FCBFFFF210809EM=08,IR=08R0=03RR R12129FFF7F7FFF8BFCBFFFF2228292AEM=29,IR=29R1=10,A=10R1=08RLC R2222EFFF7F7FFFADFCBFFFF232C2D2EEM=2E,IR=2ER2=04,A=04R2=09JMP B0234815C6FFFFCBFFFF24154849EM=48,IR=48EM=15MOV A,R3150FFFF7F7CBFFFF160C0DEM=0F,IR=0FR3=04,A=04SUB A,R11619FFF7EFFFFE91CBFFFF1718191AEM=19,IR=19R1=08,W=08A=FCJZ C117442FC6FFFFCBFFFF18194445EM=44,IR=44EM=2FMOV A,R0190CFFF7F7CBFFFF1A0C0DEM=0C,IR=0CR0=03,A=03SUB A,R11A19FFF7EFFFFE91CBFFFF1B18191AEM=19,IR=19R1=08,W=08A=FBJC B11B401FC6FFFFCBFFFF1C1F4041EM=40,IR=40EM=1FADD A,R11F15FFF7EFFFFE90CBFFFF20141516EM=15,IR=15R1=08,W=08A=03MOV R0,A2008FFFB9FCBFFFF210809EM=08,IR=08R0=03RR R12129FFF7F7FFF8BFCBFFFF2228292AEM=29,IR=29R1=08,A=08R1=04RLC R2222EFFF7F7FFFADFCBFFFF232C2D2EEM=2E,IR=2ER2=09,A=09R2=13JMP B0234815C6FFFFCBFFFF24154849EM=48,IR=48EM=15MOV A,R3150FFFF7F7CBFFFF160C0DEM=0F,IR=0FR3=04,A=04SUB A,R11619FFF7EFFFFE91CBFFFF1718191AEM=19,IR=19R1=04,W=04A=00JZ C117442FC6FFFFCBFFFF182F4445EM=44,IR=44EM=2FNOT R22F22FFF7F7FFFB9ECBFFFF30202122EM=22,IR=22R2=13,A=13R2=ECAND R2,#0FH301E0FC7FFEFFFF7F7FFFB98CBFFFF31321C1D1E1FEM=1E,IR=1EEM=0F,W=0FR2=EC,A=ECR2=0CENDP323CCBFFFF333CEM=3C,IR=3CJMP L334833C6FFFFCBFFFF34334849EM=48,IR=48EM=337．设计结果说明调试运行程序时是否出现问题，是否有重新调整指令/微指令系统设计的情况出现？请在此做具体说明。调试程序时除法加减交替法在循环过程中出现错误；寄存器选择有误；实现余负商0余正商1。五、本次课程设计的总结体会(不少于200字) 主要总结学到的具体知识、方法及设计中的切身体会；包括列出在设计的各个阶段出现的问题及解决方法。在本次课程设计中我受益良多，以前实验中累积的很多疑问都得以解答，其中最重要的是清楚了如何分配硬件资源、设计的新的指令集在程序运行过程中如何具体实现期望目标。在实现乘法和除法的过程中，我学习了如何正确熟练的运用“加法-移位”算法和“加减交替”算法，并深刻认识了如何正确运用逻辑移位和带进位移位，以及二者的区别。这对于实现除法、得到商并控制商的位数起到了巨大的作用。而在仿真和调试过程中，我也清楚的认识到仿真和硬件存在区别，设计的最终成果只有在硬件上可实现才算完成。 .专业.整理. 关 键 词： 设计 组成 报告 课程 原理 计算机

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