【正文】 001101xx3437MM若零標(biāo)志位置1，跳轉(zhuǎn)到MM地址。SHR R?001011xx2C2F寄存器R?中的數(shù)不帶進(jìn)位向右移一位，并不影響標(biāo)志位。MOVR?,II001001xx2427II將立即數(shù)II存放到寄存器R?中。POP A000111xx1C1F將堆棧寄存器ST中的數(shù)據(jù)彈出到累加器A中。TEST R?,II000101xx1417II寄存器R? “與” 立即數(shù)II，只改變標(biāo)志位,并不改變R?中的數(shù)值。SUB R?,A000011xx0C0F從寄存器R?中減去累加器A中的數(shù)，并影響標(biāo)志位。ADD R?,A 000001xx0407將累加器A中的數(shù)加入到寄存器R?中，并影響標(biāo)志位。表5 無符號(hào)除法的新指令集助記符機(jī)器碼1機(jī)器碼2指令說明_FATCH_ 000000xx0003實(shí)驗(yàn)機(jī)占用，不可修改。JMP MM001110xx383B跳轉(zhuǎn)到MM地址。SHR R?001011xx2C2F寄存器R?中的數(shù)不帶進(jìn)位向右移一位，并不影響標(biāo)志位。MOVR?,II001001xx2427II將立即數(shù)II存放到寄存器R?中。ADD R?,A 000001xx0407將累加器A中的數(shù)加入到寄存器R?中，并影響標(biāo)志位。4．在COP2000集成開發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)全新的指令/微指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果如表所示（可按需要增刪表項(xiàng)）（1） 新的指令集（設(shè)計(jì)兩個(gè)不同指令集要分別列表）表5 無符號(hào)乘法新指令集助記符機(jī)器碼1機(jī)器碼2指令說明_FATCH_ 000000xx0003實(shí)驗(yàn)機(jī)占用，不可修改。輸出寄存器OUT可以將運(yùn)算結(jié)果輸出到輸出寄存器OUT（本實(shí)驗(yàn)未用）。微程序計(jì)數(shù)器μPC向微程序存儲(chǔ)器μM提供相應(yīng)微指令的地址。③ 當(dāng)要從EM中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，由PC提供地址。右移門R用來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)右移一位的運(yùn)算，并能夠控制該運(yùn)算后的結(jié)果是否輸出到數(shù)據(jù)總線。左移門L用來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)左移一位的運(yùn)算，并能夠控制該運(yùn)算后的結(jié)果是否輸出到數(shù)據(jù)總線。累加器A① 計(jì)算時(shí)用來存放中間結(jié)果；② 執(zhí)行ADD A,R?（加法）、SUB A,R?（減法）等命令時(shí)所必須使用的寄存器。寄存器R2在程序執(zhí)行過程中，用來保存當(dāng)前算得的商。（2）無符號(hào)除法 無符號(hào)除法對(duì)應(yīng)于COP2000實(shí)驗(yàn)儀的硬件具體分配使用情況如下表所示：表4 無符號(hào)除法的硬件分配情況硬件名稱實(shí)現(xiàn)算法功能描述寄存器R0初始化時(shí)，用來存放被除數(shù)和計(jì)算后的余數(shù)。輸出寄存器OUT可以將運(yùn)算結(jié)果輸出到輸出寄存器OUT（本實(shí)驗(yàn)未用）。微程序計(jì)數(shù)器μPC向微程序存儲(chǔ)器μM提供相應(yīng)微指令的地址。③ 當(dāng)要從EM中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，由PC提供地址。右移門R用來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)右移一位的運(yùn)算，并能夠控制該運(yùn)算后的結(jié)果是否輸出到數(shù)據(jù)總線。左移門L用來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)左移一位的運(yùn)算，并能夠控制該運(yùn)算后的結(jié)果是否輸出到數(shù)據(jù)總線。累加器A執(zhí)行ADD A,R?（加法）、SHL R?（左移一位）、SHR R?（右移一位）等命令時(shí)所必須使用的寄存器。③算法流程圖：初始化被除數(shù)及除數(shù)計(jì)數(shù)器初始化商初始化開始做減法YN商0余數(shù)為負(fù)?商1計(jì)算結(jié)束?YN計(jì)算結(jié)束?YN做加法輸出結(jié)果結(jié)束計(jì)算余數(shù)3．對(duì)應(yīng)于以上算法如何分配使用COP2000實(shí)驗(yàn)儀中的硬件（初步分配，設(shè)計(jì)完成后再將準(zhǔn)確的使用情況填寫在此處）（1）無符號(hào)乘法符號(hào)乘法對(duì)應(yīng)于COP2000實(shí)驗(yàn)儀的硬件具體分配使用情況如下表所示：表3 無符號(hào)乘法的硬件分配情況硬件名稱實(shí)現(xiàn)算法功能描述寄存器R0計(jì)算時(shí)用來存放部分積和最后的積寄存器R1① 初始化時(shí)，用來存放被乘數(shù)；② 在程序執(zhí)行的過程中，用來存放向左移位后的被乘數(shù)。9=11…1無符號(hào)除法的實(shí)例演示如圖4所示 0 1 0 1 11 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 ；被除數(shù) 1 0 0 1 ；除數(shù) ；減去除數(shù)1 1 0 1 0 ；余數(shù)為負(fù)，C=1,商上0 1 0 0 1 ；商左移一位,除數(shù)右移一位 ；加上除數(shù)0 0 0 1 1 1 ；余數(shù)為正，C=0,商上1 1 0 0 1 ；商左移一位,除數(shù)右移一位 ；減去除數(shù) 1 1 1 1 1 0 0 ；余數(shù)為負(fù)，C=1,商上01 0 0 1 ；商左移一位,除數(shù)右移一位 ；加上除數(shù)0 0 0 0 1 0 1 0 ；余數(shù)為正，C=0,商上1 1 0 0 1 ；商左移一位,除數(shù)右移一位 ；減去除數(shù) 0 0 0 0 0 0 0 1 ；余數(shù)為正，C=0,商上1，余數(shù)為1 ；余數(shù)為正不用處理②硬件原理框圖：ALUAWR1R0被除數(shù)除數(shù)DLR標(biāo)志位C除數(shù)右移R2（商）R3（計(jì)數(shù)器）初始化：除數(shù)左移 圖5 無符號(hào)除法的硬件原理框圖在模型機(jī)上實(shí)現(xiàn)無符號(hào)數(shù)除法運(yùn)算時(shí)，采用“加減交替算法”的運(yùn)算方法。那么，可以通過筆算得到：01100100247。因此，無符號(hào)乘法的算法流程圖如圖3所示。那么，無符號(hào)乘法的硬件原理框圖如圖2所示。 0 1 1 0 0 1 ；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 1 0 1 ；部分積＋ 0 0 0 0 （1） ；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。W 與1 0 0A+W+C 帶進(jìn)位加1 0 1AWC 帶進(jìn)位減1 1 0~A A取反1 1 1A 輸出A2。運(yùn)算數(shù)據(jù)由寄存器A及寄存器W給出, 運(yùn)算結(jié)果輸出到直通門D。S1S0COP2000中有7個(gè)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(shí)刻只能有一個(gè)寄存器輸出數(shù)據(jù). 由X2,X1,X0決定那一個(gè)寄存器輸出數(shù)據(jù)。AEN將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。X2XXX0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。CN決定運(yùn)算器是否帶進(jìn)位移位，CN=1帶進(jìn)位，CN=0不帶進(jìn)位。RRD讀寄存器組R0~R3，寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。OUTEN將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里。MAREN將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。EINT中斷返回時(shí)清除中斷響應(yīng)和中斷請(qǐng)求標(biāo)志，便于下次中斷。EMEN將程序存儲(chǔ)器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通，由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫到EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。EMRD程序存儲(chǔ)器EM讀信號(hào)。這24位操作控制信號(hào)的功能如表2所示：（按控制信號(hào)從左到右的順序依次說明）表2 微指令控制信號(hào)的功能操作控制信號(hào)控 制 信 號(hào) 的 說 明XRD外部設(shè)備讀信號(hào)，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號(hào)，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。該模型機(jī)的微指令的長(zhǎng)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。 ② 微指令格式的說明模型機(jī)有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選擇運(yùn)算器的運(yùn)算功能，存儲(chǔ)器的讀寫。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，其輸出直接用于控制。各種轉(zhuǎn)移的條件判斷邏輯如下所示：PC 置數(shù)邏輯 當(dāng)ELP=1時(shí)，不允許PC被預(yù)置 當(dāng)ELP=0時(shí) 當(dāng)IR3=1時(shí)，無論Cy和Z什么狀態(tài)，PC被預(yù)置 當(dāng)IR3=0時(shí) 若IR2=0，則當(dāng)Cy=1時(shí)PC被預(yù)置 若IR2=1，則當(dāng)Z=1時(shí)PC被預(yù)置本模型機(jī)時(shí)序控制采用不定長(zhǎng)機(jī)器周期的同步控制方式，一條指令最多分四個(gè)節(jié)拍。AND A,40H將存儲(chǔ)器EM中40H單元的數(shù)據(jù)與累加器A的值作邏輯與運(yùn)算，結(jié)果存入累加器A立即數(shù)尋址參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)為指令的操作數(shù)。模型機(jī)的缺省的指令集分幾大類： 算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)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。在本模型機(jī)中，一條指令最多分四個(gè)狀態(tài)周期，一個(gè)狀態(tài)周期為一個(gè)時(shí)鐘脈沖，每個(gè)狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)模型機(jī)的各種功能。指令碼的最低兩位用來選擇R0R3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(chǔ)器，找到執(zhí)行該指令的微程序。微程序控制部分也可以用組合邏輯控制來代替。三、 課程設(shè)計(jì)使用的設(shè)備（環(huán)境）1．硬件l COP2000實(shí)驗(yàn)儀l PC機(jī)2．軟件l COP2000仿真軟件 課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容（步驟）1．詳細(xì)了解并掌握COP 2000模型機(jī)的微程序控制器原理，通過綜合實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn) 該模型機(jī)指令系統(tǒng)的特點(diǎn)：① 總體概述COP2000模型機(jī)包括了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CPU所具備所有部件，這些部件包括：運(yùn)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R0R程序計(jì)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(chǔ)器EM、指令寄存器IR、微程序計(jì)數(shù)器uPC、微程序存儲(chǔ)器uM，以及中斷控制電路、跳轉(zhuǎn)控制電路。計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、課程設(shè)計(jì)目的1．在實(shí)驗(yàn)機(jī)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令及對(duì)應(yīng)的微指令（微程序）并驗(yàn)證，從而進(jìn)一步掌握微程序設(shè)計(jì)控制器的基本方法并了解指令系統(tǒng)與硬件結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；2．通過控制器的微程序設(shè)計(jì)，綜合理解計(jì)算機(jī)組成原理課程的核心知識(shí)并進(jìn)一步建立整機(jī)系統(tǒng)的概念；3．培養(yǎng)綜合實(shí)踐及獨(dú)立分析、解決問題的能力。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)針對(duì)COP2000實(shí)驗(yàn)儀，從詳細(xì)了解該模型機(jī)的指令/微指令系統(tǒng)入手，以實(shí)現(xiàn)乘法和除法運(yùn)算功能為應(yīng)用目標(biāo)，在COP2000的集成開發(fā)環(huán)境下，設(shè)計(jì)全新的指令系統(tǒng)并編寫對(duì)應(yīng)的微程序；之后編寫實(shí)現(xiàn)乘法和除法的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。其中運(yùn)算器和中斷控制電路以及跳轉(zhuǎn)控制電路用CPLD來實(shí)現(xiàn)，其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。