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1、沈阳航空航天大学课课 程程 设设 计计 报报 告告课程设计名称：计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计课程设计题目：定点原码一位除法器的设计定点原码一位除法器的设计院（系）：计算机学院专 业：计算机科学与技术班 级：学 号：姓 名：姜鹏指导教师：周大海完成日期：2014年01月10日沈阳航空航天大学课程设计报告 -目目 录录第第 1 章章 总体设计方案总体设计方案.21.1 设计原理.2 1.2 设计思路.4 1.3 设计环境.4第第 2 章章 详细设计方案详细设计方案.42.1 总体方案的设计与实现.6 2.1.1 总体方案的逻辑图.6 2.1.2 计算算法总流程图.7 2.2 功能模
2、块的设计与实现 .8 2.2.1 操作数预处理模块的设计与实现.8 2.2.2 上商置 0 模块的设计与实现.9 2.2.3 上商置 1 模块的设计与实现.9 2.2.4 商符运算模块的设计与实现.10第第 3 章章 测试结果测试结果.123.1 程序仿真 .12 3.2 仿真测试 .12 3.2.1 仿真测试一两个正数除法运算.12 3.2.2 仿真测试二一个正数一个负数除法运算.16 3.2.3 仿真测试三两个负数除法运算.18参考文献参考文献.20附附 录（录（源程序清单源程序清单）.21沈阳航空航天大学课程设计报告 -1-第 1 章 总体设计方案1.1 设计原理设计原理原码一位除，即两
3、个原码数相除，商的符号位运算为除数和被除数的符号异或值。这里采用的算法为恢复余数法，而且除数和被除数规定为 4 位。实验的数据从试验箱的开关输入，而且运算的结果在 OUT 寄存器中显示出来。整个过程通过汇编语言编写实现。恢复余数法定点原码一位除法器工作原理大致如下：设： X=X7X6X5X4X3X2X1X0Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0其中高四位 X7X6X5X4和 Y7Y6Y5Y4为符号位，低四位 X3X2X1X0和Y3Y2Y1Y0为数据位。则：X/Y=K*|X|/|Y|其中，|X|和|Y|为 X 和 Y 的绝对值，K 为 X 和 Y 的符号位的异或值。|X|/|Y|利用恢复余数法求的
4、，商根据余数的符号是正或负来判断。当为负时，上商为 0，同时还应该把除数再加到差上去，恢复余数为原来的正值之后再左移一位。若差为 0 或为正值时，就没有恢复余数的操作，上商为 1，余数左移一位。下面通过一道例题详细理解恢复余数法定点原码一位除法器的工作原理。详细过程如表 1.1 所示。例：已知 ：X= -0.1011Y= -0.1101求：X/Y原解：由 X= 0.1011, Y= -0.1101得 X原=1.1011，X*=0.1011Y原=1.1101，Y*=0.1101，-Y*补=1.0011下面表 1.1 列出了商值得整个求解过程。沈阳航空航天大学课程设计报告 -2-表表 1.1 恢复
5、余数定点原码一位除法器功能表恢复余数定点原码一位除法器功能表故：商值为 0.1101商的符号位为：X0Y0=11=0所以 X/Y原 =0.1101由此例可见，共左移 4 次，上商 5 次，第一次上的商在商的整数位上，这对小数除法而言可用它作溢出判断。即当该位为“1”时，表示此除法溢出，不能进行，应由程序进行处理；当为“0”时，说明除法合法，可以进行。 被除数(余数)商说 明0.1011 + 1.00110.0000+-|y|补（减去除数）1.1110 +0.11010.0000余数为负，上商 0 恢复余数+|y|补0.10111.0110 + 1.10110.00000.0000被恢复的被除数
6、 1 位 +-|y|补（减去除数）0.10011.0010 + 1.00110.00010.0010余数为正，上商 1 1 位 +-|y|补（减去除数）0.01010.1010 + 1.00110.00110.0110余数为正，上商 1 1 位 +-|y|补（减去除数）1.1101 +0.11010.0110余数为负，上商 0 恢复余数+|y|0.01011.0100 + 1.00110. 01100. 1100被恢复的被除数 1 位 +-|y|补（减去除数）0.01110. 1101余数为正，上商 1沈阳航空航天大学课程设计报告 -3-1.2 设计思路设计思路基于恢复余数法的定点原码一位除法
7、器的设计主要包含如下 4 个部分：求 X* 和 Y*：即去掉除数和被除数的符号位，运算过程中把除数和被除数都按照正数进行运算。只需要将除数和被除数都和“0FH（00001111） ”进行“与”运算即可；上商 1，减去余数：用被除数减去除数，如果运算结果大于 0（符号位为0） ，则上商 1，将运算结果左移一位，同时商值也左移一位，下步操作为减掉除数；上商 0，恢复余数：用被除数减去除数，如果运算结果小于 0（符号位为1） ，则上商 0，马上加上除数也就是恢复余数至上一步状态，再将运算结果和商值分别左移 1 位；商值的符号位运算：在最原始状态下输入得到的被除数和除数分别保存在两个内存中，在上述三步
8、运算过程完全结束后，再从内存中读出最原始的除数和被除数进行符号位异或运算，运算结果在与商值进行相应运算即可得到最终运算结果。1.3 设计环境设计环境伟福 COP2000 实验箱，用汇编语言编程实现定点原码一位除法器COP2000 计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成。实验平台上有寄存器组 R0-R3、运算单元、累加器 A、暂存器 W、直通/左移/右移单元、 地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20 个按键、字符式LCD、RS232
9、口。COP2000 集成调试软件（即仿真测试软件）共分为 6 部分：（1） 主菜单区 实现实验仪的各项功能的菜单，包括文件编辑汇编运行帮助五大项，各项线面做详细介绍 。沈阳航空航天大学课程设计报告 -4-（2） 快捷图标区 快速实现各项功能按键（3） 源程序/机器码区 在此区域有源程序窗口，反汇编窗口，EM 程序代码窗口。源程序用于输入，显示，编辑汇编源程序：反汇编窗口显示程序编译后的机器码及反汇编的程序；EM 程序代码窗口用数据方式机器码。（4） 机构图/逻辑波形区 结构图能结构化显示模型机的各部件，以及运行时数据走向寄存器值；逻辑波形图能显示模型机运行时所有信号的程序。（5） 微程序/跟踪区 微程序表格用来显示程序运行时微程序的时序，及每个时钟脉冲各控制位的状态，跟踪表用来记录显示程序及微程序执行的轨迹，指令系统可以帮助你设计新的指令系统。（6）寄存器状态区 用来显示程序执行时各内部寄存器的值。图 1.1 COP2000 计算机组成原理试验系统模拟软件界面示意图沈阳航空航天大学课程设计
