计算机组成原理除法课程设计.docx
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计算机组成原理除法课程设计
课程设计说明书
题目:
设计指令系统
院系：
计算机科学与工程学院
专业班级：
计算机10-03班
学号：
**********
**********
****************
2013年1月10日
安徽理工大学课程设计（论文）任务书
计算机科学与工程学院监控与嵌入式技术系
学号
2010303089
学生姓名
胡敬杰
专业（班级）
计算机10-3班
设计题目
设计指令系统
设
计
技
术
参
数
1.本系统采用DJ-CPTH超强型计算机组成原理教学实验系统搭建电路图，在实验箱上实现指令系统。
2.利用软件工程中的可行性研究以及分析方法，进行系统分析。
设
计
要
求
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。
工
作
计
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
参
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？
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，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
000
A+W加
001
A-W减
010
A|W或
011
A&W与
100
A+W+C带进位加
101
A-W-C带进位减
110
~AA取反
111
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
A输出
1
02
FFFFFF
A输出
1
03
FFFFFF
A输出
1
ADDA,#*
T2
04
C7FFEF
存储器值EM
寄存器W
A输出
1
1
T1
05
FFFE90
ALU直通
寄存器A，
标志位C,Z
PC输出
加运
算
1
T0
06
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
07
FFFFFF
A输出
1
SUBA,#*
T2
08
C7FFEF
存储器值EM
寄存器W
PC输出
A输出
1
1
T1
09
FFFE91
ALU直通
寄存器A标志
位C,Z
减运
算
1
T0
0A
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
0B
FFFFFF
A输出
1
ANDR,#*
T3
0C
C7FFEF
A输出
1
T2
0D
FFF7F7
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
T1
0E
FFFE93
A输出
1
T0
0F
CBFFFF
A输出
1
OUT
T1
10
FFDF9F
ALU直通
用户OUT
A输出
1
T0
11
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
12
FFFFFF
A输出
1
13
FFFFFF
A输出
1
JMP*
T1
14
C6FFFF
存储器值EM
寄存器PC
PC输出
A输出
1
写
入
T0
15
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
16
FFFFFF
A输出
1
17
FFFFFF
A输出
1
MOVR?
#*
T1
18
C7FBFF
存储器值EM
寄存器R?
PC输出
A输出
1
1
T0
19
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
1A
FFFFFF
A输出
1
1B
FFFFFF
A输出
1
JZ*
T1
1C
C6FFFF
存储器值EM
寄存器PC
PC输出
A输出
1
写
入
T0
1D
CBFFFF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
1F
FFFFFF
A输出
1
20
FFFFFF
A输出
1
RRR?
T1
21
FFF7F7
存储器值EM
寄存器PC
PC输出
A输出
1
写
入
T0
22
FFF9BF
指令寄存器IR
PC输出
A输出
写入
1
23
CBFFFF
A输出
1
24
FFFFFF
A输出
1
MOVA,#*
25
C7FFF7
26
CBFFFF
27
FFFFFF
28
FFFFFF
ANDA,#*
29
C7SUBR1,AFFEF
2A
FFFE93
2B
CBFFFF
2C
FFFFFF
MOVA,R
2D
FFF7F7
2F
CBFFFF
30
FFFFFF
31
FFFFFF
END
32
CBFFFF
33
FFFFFF
34
FFFFFF
35
FFFFFF
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
ANDR1,0FH
JZS3
S5:
RRR1
RRR0
ANDR0,0FH
JZS2
ANDR1,0FH
JZS4
JMPS5
S2:
MOVA,#00H
JMPE
S3:
MOVA,R0
JMPE
S4:
ANDA,0FH
JZS6
MOVA,R0
SUBA,#01
JMPE
S6:
MOVA,R0
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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