本文關鍵詞：東北大學計算機組成原理課程設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

計算機組成原理課程設計報告；班級：09計算機04班姓名：學號：；完成時間：2012年1月4日星期三；一、課程設計目的；1．在實驗機上設計實現(xiàn)機器指令及對應的微指令（微；2．通過控制器的微程序設計，綜合理解計算機組成原；3．培養(yǎng)綜合實踐及獨立分析、解決問題的能力；二、課程設計的任務；針對COP2000實驗儀，從詳細了解該模型機的指；三、課程設計使用的設備（環(huán)境

計算機組成原理課程設計報告

班級：09計算機04班 姓名： 學號：

完成時間： 2012年1月4日星期三

一、課程設計目的

1．在實驗機上設計實現(xiàn)機器指令及對應的微指令（微程序）并驗證，從而進一步掌握微程序設計控制器的基本方法并了解指令系統(tǒng)與硬件結構的對應關系；

2．通過控制器的微程序設計，綜合理解計算機組成原理課程的核心知識并進一步建立整機系統(tǒng)的概念；

3．培養(yǎng)綜合實踐及獨立分析、解決問題的能力。

二、課程設計的任務

針對COP2000實驗儀，從詳細了解該模型機的指令/微指令系統(tǒng)入手，以實現(xiàn)乘法和除法運算功能為應用目標，在COP2000的集成開發(fā)環(huán)境下，設計全新的指令系統(tǒng)并編寫對應的微程序；之后編寫實現(xiàn)乘法和除法的程序進行設計的驗證。

三、 課程設計使用的設備（環(huán)境） 1．硬件

? COP2000實驗儀 ? PC機 2．軟件

? COP2000仿真軟件

四、課程設計的具體內(nèi)容（步驟）

1．詳細了解并掌握COP 2000模型機的微程序控制器原理，通過綜合實驗來實現(xiàn)

① 總體概述

COP2000模型機包括了一個標準CPU所具備所有部件，這些部件包括：運算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移門L、直通門D、右移門R、寄存器組R0-R3、程序計數(shù)器PC、地址寄存器MAR、堆棧寄存器ST、中斷向量寄存器IA、輸入端口IN、輸出端口寄存器OUT、程序存儲器EM、指令寄存器IR、微程序計數(shù)器uPC、微程序存儲器uM，以及中斷控制電路、跳轉(zhuǎn)控制電路。其中運算器和中斷控制電路以及跳轉(zhuǎn)控制電路用CPLD來實現(xiàn)，其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。微程序控制部分也可以用組合邏輯控制來代替。

模型機為8位機，數(shù)據(jù)總線、地址總線都為8位，但其工作原理與16位機相同。相比而言8位機實驗減少了煩瑣的連線，但其原理卻更容易被學生理解、吸收。

模型機的指令碼為8位，根據(jù)指令類型的不同，可以有0到2個操作數(shù)。指令碼的最

低兩位用來選擇R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令碼做為微地址來尋址微程序存儲器，找到執(zhí)行該指令的微程序。而在組合邏輯控制方式中，按時序用指令碼產(chǎn)生相應的控制位。在本模型機中，一條指令最多分四個狀態(tài)周期，一個狀態(tài)周期為一個時鐘脈沖，每個狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯，實現(xiàn)模型機的各種功能。模型機有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選擇運算器的運算功能，存儲器的讀寫。

模型機的缺省的指令集分幾大類： 算術運算指令、邏輯運算指令、移位指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、跳轉(zhuǎn)指令、中斷返回指令、輸入/輸出指令。

② 模型機的尋址方式

表1 模型機的尋址方式

（2）該模型機微指令系統(tǒng)的特點（包括其微指令格式的說明等）： ① 總體概述

該模型機的微命令是以直接表示法進行編碼的，其特點是操作控制字段中的每一位代表一個微命令。這種方法的優(yōu)點是簡單直觀，其輸出直接用于控制。缺點是微指令字較長，因而使控制存儲器容量較大。

② 微指令格式的說明

模型機有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選擇運算器的運算功能，存儲器的

讀寫。微程序控制器由微程序給出24位控制信號，而微程序的地址又是由指令碼提供的，也就是說24位控制信號是由指令碼確定的。該模型機的微指令的長度為24位，其中微指令中只含有微命令字段，，沒有微地址字段。其中微命令字段采用直接按位的表示法，哪位為0，表示選中該微操作，而微程序的地址則由指令碼指定。這24位操作控制信號的功能如表2所示：（按控制信號從左到右的順序依次說明）

COP2000中有7個寄存器可以向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù), 但在某一特定時刻只能有一個寄存器輸出數(shù)據(jù). 由X2,X1,X0決定那一個寄存器輸出數(shù)據(jù)。

COP2000中的運算器由一片EPLD實現(xiàn). 有8種運算, 通過S2,S1,S0來選擇。運算數(shù)據(jù)由寄存器A及寄存器W給出, 運算結果輸出到直通門D。

2。計算機中實現(xiàn)乘法和除法的原理 （1）無符號乘法 （1）無符號乘法

①實例演示（即，列4位乘法具體例子演算的算式）：

被乘數(shù)為1001（二進制），即為十進制的9；乘數(shù)為0110（二進制），即為十進制的6。那么，可以通過筆算得到：

1000×0111=00110110

即十進制運算結果為：

8×7=56

無符號乘法的實例演示如圖1所示：

1 0 0 0 ；被乘數(shù)

× 0 1 1 1 ；乘數(shù)

0 0 0 0 ；初始值（零）

＋ 1 0 0 0 （1） ；乘數(shù)最低位為1，部分積加被乘數(shù)，被乘數(shù)左

；移一位，乘數(shù)右移一位。

1 0 0 0 ；部分積

＋ 1 0 0 0 （1） ；乘數(shù)最低位為1，部分積加被乘數(shù)，被乘數(shù)左

；移一位，乘數(shù)右移一位。

1 1 0 0 0 ；部分積

＋ 1 0 0 0 （1） ；乘數(shù)最低位為1，部分積加被乘數(shù)，被乘數(shù)左

；移一位，乘數(shù)右移一位。

1 1 1 0 0 0 ；部分積

＋ 0 0 0 0 （0） ；乘數(shù)最低位為0，部分積加0，被乘數(shù)左移一

；位，乘數(shù)右移一位。

（0） 0 1 1 1 0 0 0 ；計算完畢，結果為00111000

即：1000×0111=00111000

圖1 無符號乘法實例演示

②硬件原理框圖：

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