2022年基于恢复余数法定点原码一位除法器的设计课程设计报告.docx

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1、精品学习资源沈阳航空航天高校课 程 设 计 报 告课程设计名称：运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地设计院（系）：运算机学院专业：运算机科学与技术班级：学号：姓名：姜鹏 指导老师：周大海完成日期： 2021年01月10日欢迎下载精品学习资源目录第 1 章 总体设计方案11.1 设计原理11.2 设计思路41.3 设计环境4第 2 章 具体设计方案32.1 总体方案地设计与实现62.1.1 总体方案地规律图62.1.2 运算算法总流程图72.2 功能模块地设计与实现62.2.1 操作数预处理模块地设计与实现72.2.2 上商置 0 模块地设计与实现92.2.3 上商置 1 模

2、块地设计与实现92.2.4 商符运算模块地设计与实现10第 3 章 测试结果123.1 程序仿真123.2 仿真测试错. 误！未定义书签；3.2.1 仿真测试一 两个正数除法运算123.2.2 仿真测试二 一个正数一个负数除法运算163.2.3 仿真测试三 两个负数除法运算18参考文献12附 录（源程序清单）21欢迎下载精品学习资源第 1 章 总体设计方案1.1 设计原理原码一位除，即两个原码数相除，商地符号位运算为除 数和被除数地符号异或值.这里采纳地算法为复原余数法， 而且除数和被除数规定为4 位.试验地数据从试验箱地开关输入，而且运算地结果在OUT 寄存器中显示出来.整个过程通过汇编语言

3、编写实现 .复原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 .就：X/Y=K*|X|/|Y|其中， |X|和|Y|为 X 和 Y 地肯定值， K 为 X 和 Y 地符号位地异或值 .|X|/|Y| 利用复原余数法求地，商依据余数地符号是正或负来判定.当为负时，上商为0，同时仍应当把除数再加到差上去，复原余数为原先地正值之后再左移一位.如差为0 或为正值时，就没有复原余数地操作，上商为 1，余数左移一位 .下面通过

4、一道例题具体懂得复原余数法定点原码一位除法器地工作原理.具体过程如表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欢迎下载精品学习资源下面表 1.1 列出了商值得整个求解过程.被除数 余数 商说明1.0110+ 1.10110.0000 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.

5、01010.10100.00110.0110余数为正，上商 1 1 位1.0100+ 1.00110. 1100 1 位+-|y| 补（减去除数）0.01110. 1101余数为正，上商 1表 1.1 复原余数定点原码一位除法器功能表0.10110.0000+-|y| 补（减去除数）+ 1.00111.11100.0000余数为负，上商 0+0.1101复原余数 +|y| 补0.10110.0000被复原地被除数+ 1.0011+-|y| 补（减去除数）1.11010.0110余数为负，上商 0+0.1101复原余数 +|y|0.01010. 0110被复原地被除数故：商值为 0.1101商地

6、符号位为： X0 Y0=1 1=0所以X/Y 原 =0.1101由此例可见，共左移4 次，上商 5 次，第一次上地商在商地整数位上，这对小数除法而言可用它作溢出判定 .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.欢迎下载精品学习资源1.2 设计思路基于复原余数法地定点原码一位除法器地设计主要包含如下4 个部分：求 X*和 Y* ：即去掉除数和被除数地符号位，运算过程中把除数和被除数都依据正数进行运算 .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，假如运算结果大

7、于0（符号位为0），就上商 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，复原余数：用被除数减去除数，假如运算结果小于0（符号位为1），就上商 0，立刻加上除数也就是复原余数至上一步状态，再将运算结果和商值分别左移1 位；商值地符号位运算：在最原始状态下输入得到地被除数和除数分别储存在两个内存中，在上述三步运算过程完全终止后，再从内存中读出最原始地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 设计环境伟福 COP2000 试验箱，用汇编语言编程实现定点原码一位除法器COP2000 运算机组成原理试验系统由试验平台、开关电源

8、、软件三大部分组成.试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、储备器单元、微地址寄存 器、指令寄存器、微程序掌握器、组合规律掌握器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、规律笔、脉冲源、20 个按键、字符式 LCD 、RS232 口.COP2000 集成调试软件（即仿真测试软件）共分为6 部分：（1） 主菜单区实现试验仪地各项功能地菜单，包括文件 编辑 汇编 运行 帮忙 五大项，各项线面做具体介绍.（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

9、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地机器码及反汇编地程序； EM 程序代码窗口用数据方式机器码.（4） 机构图 / 规律波形区结构图能结构化显示模型机地各部件，以及运行时数据走向寄存器值；规律波形图能显示模型机运行时全部信号地程序.欢迎下载精品学习资源（5） 微程序 / 跟踪区微程序表格用来显示程序运行时微程序地时序，及每个时钟脉冲各掌握位地状态，跟踪表用来记录显示程序及微程序执行地轨迹，指令系统可以帮忙 你设计新地指令系统 .（ 6） 寄存器状态区用来显示程序执行时各内部寄存器地值.图 1.1 COP2000 运算机组成原理试验系统

10、模拟软件界面示意图欢迎下载精品学习资源第 2 章 具体设计方案2.1 总体方案地设计与实现定点原码一位除，算法为复原余数法，当余数为负时，需加上除数，将其复原城原先地余数 .商值地确定是通过比较被除数和除数肯定值地大小，即”X”-”Y”实现地，而运算机内只设加法器，所以需要将”X”-”Y”操作变为 |X|补+|Y|补得操作 .2.1.1 总体方案地规律图R0被 除 数R1 除数BUBUFENJI左移右移移位 4 次8 位加法器移位和加掌握加法器R2商OUT 输出结果图 2.1 定点原码一位除法器整体设计框图如上规律框图 2.1 中所示， R0、R1、R2 均是 8 位地寄存器 .R1 中储存地

11、是被除数 .R2 中储存地是除数 .R3 中储存地为商，另外 R4 寄存器可以作为计时器用来掌握左移地次数 .左移运算就是除法运算过程中逐位运算地过程，右移运算主要是在符号位运算过程中猎取除数和被除数符号位所用，最终结果在 OUT 中输出 .欢迎下载精品学习资源2.1.2 运算算法总流程图开头初始化被除数R0, 除数R1, 商 R2, 计数器 R3除数 R1 为 0Y处理N被除数 R0 减 除数 R1Y被除数R00N加上 |y| 补商 R2 左移一位加 0，加上 -y 地补.商 R2 左移一位加 1被除数 R0左移一位计数器 R3 减 1被除数 R0 左移一位计数器 R3 减 1计数器 R3为

12、 0YY计数器 R3为 0N被除数 R0加除数 R1N被除数 R0 减除数 R1余数 R00NY被除数R00被除数 R00NNY复原除数 R2商符判定Y终止图 2.2 定点原码一位除法器运算算法过程流程图欢迎下载精品学习资源算法流程图如图2.2 所示 .除法开头前， R2 寄存器被清 0，预备接收商，被除数地原码放在 R0 寄存器中，除数地原码放在R1 寄存器中，计数器R3 中存放需要移位地次数.除法开头后，第一判定除数是否为0，如除数为0 就进行处理，如不为0，就用被除数减去除 数，如运算结果大于0，商上 1.如结果小于0，商上 0.然后被除数左移一位，计数器减1.当计数器 R3 内容为 0

13、 时，运算终止 .2.2 功能模块地设计与实现主要模块包括：操作数预处理模块、上商置0 模块、上商置 1 模块、商符运算模块四大模块 .2.2.1 操作数预处理模块地设计与实现2.2.1.1 功能描述操作数预处理模块地主要功能是对操作数地初始化及预处理.具体包括下面两个方面地处理：1、将输入地除数和被除数储存在某个内存中备份，备份地原始数据以便将来进行符号位地运算 .2、求输入地除数和被除数地数据位，也就是将除数和被除数全部转化为正数进行后面地运算，具体做法就是将除数和被除数分别与“0000111（1 0FH ） ”进行 “与”运算，保证运算过程中地初始数据均为正数.2.2.1.2 流程图开头

14、初始化：R0 被除数R1 除数R2 商值R3 计数器R0 和 R1 数据分别储存在内存 9F 和 9E 中备份AND R0,0FH被除数与 0FH“与”AND R1,0FH除数与 0FH “与”终止欢迎下载精品学习资源图 2.3 操作数预处理模块流程图2.2.2 上商置 0 模块地设计与实现2.2.2.1 功能描述上商置 0 模块中要进行复原余数，原码一位除法器复原余数法进行运算，区分于加减交替算法 .当余数为负时，将商地最终一位添0，这时，需要进行复原，余数 加上 Y* 补，再将得到地余数和商同时左移一位，然后余数再加上 Y* 补存到 R2 上，再判定余数地正负，假如余数为负时，循环进行上商

15、置0 地操作，否就，进行上商置 1 地操作 .2.2.2.2 流程图开头余数为负，商置 0复原余数 +Y * 补左移一位减去余数 +-Y * 补终止图 2.4 上商置 0 模块流程图欢迎下载精品学习资源2.2.3 上商置 1 模块地设计与实现2.2.3.1 功能描述上商置 1 地算法比较简洁，不存在不同地算法，原码一位除法都是相同地计算.当余数为正时上商置1，这时，再将得到地余数和商同时向左移一位，然后余数加上Y* 补存到 R2 上，在判定余数地正负.假如余数为正时，循环进行上商置1 地操作，否就， 进行上商置 0 地操作 .2.2.3.2 流程图开头余数为正，商置 1左移一位减去除数 +-Y

16、 * 补终止图 2.5 上商置 1 模块流程图2.2.4 商符运算模块地设计与实现2.2.4.1 功能描述商地符号运算原码一位除法和原码一位乘法一样都是单独处理地，商符由两数地符号位进行异或运算求得，商值是由两数肯定值相除求得.将 9FH 和 9EH 地址地除数 X 和被除数 Y欢迎下载精品学习资源分别右移四位，得到X1 和 Y1 再将两数进行相加运算，得到一个值是Z，然后判定 Z 地最低位是否为零，假如为零，就商地符号为正，否就商地符号为负.2.2.4.2 流程图开头分别将除数 X和被除数Y右移四位得到 X1和Y1Z=X1+Y1N判定Z的最低位是否为零Y商的符号为负商的符号为正终止图 2.6

17、 商符运算模块流程图欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源第三章 测试结果3.1 程序仿真将事先编好地汇编程序输入到列表里，储存将格式改写成.ASM, 再进行仿真，仿真可以一步一步进行仿真，你可以看到每步执行过程中，寄存器R0R3 和累加器 A 地变化，依据变化可以知道每步执行是否正确，直到最终输出OUT 和 R2.3.2 仿真测试3.2.1 仿真测试一 两个正数除法运算当 X=0.1011B ， Y=0.1101B 时地仿真结果如下图所示.已知 X=0.1011B ，Y=0.1101B ，依据原码一位除法复原余数法进行运算可得出商为0.1101，再将 X 和 Y 地符号位进行异或可得出商地

18、符号为正，所以最终商为0.1101，余数为 0.0111.仿真过程图如下所示：图 3.1 仿真测试一数据初始化图如图 3.1 所示.R0 、R1、R2 和 R3 4 个寄存器中分别初始化存入原始数据被除数0BH 、除数 0DH 、商值 00H 和计数器初始值 04H.欢迎下载精品学习资源图 3.2 仿真测试一数据备份图如图 3.2 所示，将原始数据被除数和除数存入内存中备份，以便将来做商符运算时使用，图中 MAR 中显示地地址为除数0DH 存入地地址 9E.图 3.3 仿真测试一数据预处理图如图 3.3 所示，将原始数据被除数和除数进行去符号处理使之均变为正数进行运算，这里由于初始数据本身就是

19、正数，所以R0 和 R1 寄存器中数据不变.欢迎下载精品学习资源图 3.4 仿真测试一上商0 仿真图当被除数与除数地差值为负时，进行上商0 模块，复原余数至0BH ，并进行左移运算变为 16H，再进行减除数运算，运算结果为09H ，同时计数器减1，如图 3.4 中 R0 寄存器和 R3 寄存器所示 .图 3.5 仿真测试一上商0 仿真图当被除数与除数地差值为正时，进行上商1 模块，左移一位再减去除数，同时计数器减1，如图 3.5 中 R0 寄存器和 R3 寄存器所示， R2 寄存器中上商1 并左移一位变为 02H.欢迎下载精品学习资源图 3.6 仿真测试一商符运算仿真图从内存中读出原先备份地原

20、始除数和被除数数据通过右移四步后分别猎取其符号位数据进行相减，图 3.6 中 R0 寄存器显示地就是差值结果，这里由于是两个整数所以符号位均为0，相减结果仍为 0.图 3.7 仿真测试一最终运算结果仿真图如图 3.7 所示，数据运算结果运算后并与上一步地商符运算结果进一步运算得到最终地运算结果输出到 OUT 单元中，图中OUT 单元显示数据为 0DH ，即被除数 0BH 和除数 0DH运算地最终结果，运算正确.3.2.2 仿真测试二 一个正数一个负数除法运算欢迎下载精品学习资源在仿真测试一地基础上将被除数X 地值修改为X=-0.1011B ，其余条件不变 .图 3.8 仿真测试二数据初始化图如

21、图 3.8 所示，如图中R0 寄存器中数据变为1BH ，其余与仿真一相同 .图 3.9 仿真测试二数据预处理图如图 3.9 所示，将被除数和除数进行去符号处理，因此R0 中原先地 1BH 变为现在地0BH ，除数由于本身是正数不变.由于中间运算过程与仿真一相同，这里不再重复.欢迎下载精品学习资源图 3.10 仿真测试二商符运算图如图 3.10 所示， R0 中现存地 01H 为被除数地符号位，累加器A 中存地为除数符号位（ 0）减被除数符号位（ 1）地差值（ -1），也就是 0FFH.图 3.11 仿真测试二最终运算结果图如图 3.11 所示， OUT 单元中为最终运算结果数据1DH ，运算结

22、果正确 .3.2.3 仿真测试三 两个负数除法运算欢迎下载精品学习资源在仿真测试二地基础上将被除数Y 地值修改为Y=-0.1011B ，其余条件不变 .图 3.12 仿真测试三数据初始化图如图 3.12 所示，如图中R1 寄存器中数据变为1DH ，其余与仿真二相同 .图 3.13 仿真测试三数据预处理图如图 3.13 所示，将被除数和除数进行去符号处理，因此R0 中原先地 1BH 变为现在地0BH ，除数由原先地 1DH 变为现在地 0DH.由于中间运算过程与仿真一相同，这里也不再重复.欢迎下载精品学习资源图 3.14 仿真测试三商符运算图如图 3.14 所示， R0 中现存地 01H 为被除

23、数地符号位，累加器A 中存地为除数符号位（ 0）减被除数符号位（ 1）地差值（ -1），也就是 0FFH.图 3.15 仿真测试三最终运算结果图如 图 3.15所 示 ， OUT单 元 中 为 最 终 运 算 结 果 数 据1DH ， 运 算 结 果 正 确 .欢迎下载精品学习资源参考文献1 唐朔飞 . 运算机组成原理（第2 版） M .北京：高等训练出版社，20212 范延滨 .微型运算机系统原理、接口与EDA设计技术 M. 北京：北京邮电高校出版社，20063 王爱英 .运算机组成与结构第 4 版M. 北京：清华高校出版社，20064 曹昕燕 .EDA 技术试验与课程设计 M. 北京：清华

24、高校出版社，20065 伟福 COP2000 型运算机组成原理试验仪使用说明书欢迎下载精品学习资源附录源程序清单如下：地址机器码汇编语言注释008C1BMOV R0,#0BH输入被除数、除数、商值、欢迎下载精品学习资源028D1DMOV R1,#1DH048E00MOV R2,#00H计数器地初值分别存到寄存 器 R0、R1 、R2 和 R3 四个欢迎下载精品学习资源068F04MOV R3,#04H寄存器中0870MOV A,R0将被除数和除数分别备份到09889FMOV 9FH,A内存 9F 和 9E 单元中储存，0B0C71889EMOV A,R1MOV 9EH,A以便后面商符运算使用0

25、E70MOV A,R0将 R0 寄存器中地被除数与欢迎下载精品学习资源0F5C0FAND A,#0FH0FH 进行 “与”运算，目地是欢迎下载精品学习资源1180MOV R0,A让符号位为 01271MOV A,R1同上步，将除数进行符号预135C0FAND A,#0FH处理，变为正数进行运算1581MOV R1,A1671MOV A,R1将除数与 0 进行比较，假如173C00SUB A,#00H除数为0，没有意义，直接19A486JZ OVERFLOW跳出去，终止1B70MOV A,R0用被除数减去除数，并把结1C31SUB A,R1果存到 R0 寄存器中，掩盖1D80MOV R0,A原被

26、除数1E5C10LOOP:AND A,#10H判定上步结果地正负203C00SUB A,#00H假如运算结果符号位为0，22A428JZ S1即正数，跳到 S1243C10SUB A,#10H假如运算结果符号位为1，26A43CJZ S2即负数，跳到 S22870S1:MOV A,R0上商 1 模块29D4RL A将运算结果左移一位，作为2A80MOV R0,A新地被除数2B72MOV A,R2上商 1，也左移一位2C1C01ADD A,#01H2ED4RL A2F82MOV R2,A3070MOV A,R0新被除数减除数，运算结果31323180SUB A,R1MOV R0,A仍储存在 R0

27、 寄存器中3373MOV A,R3运算过一步后，计数器值减343C01SUB A,#01H136A451JZ NEXT运算 4 步后，跳转出去3883MOV R3,A减 1 后仍存到 R3 寄存器3970MOV A,R0取新被除数与除数地差3AAC1EJMP LOOP跳转到 LOOP 进行判定欢迎下载精品学习资源3C70S2:MOV A,R0上商 0 模块3D11ADD A,R1加上除数，复原余数法，使3E80MOV R0,A被除数复原3F70MOV A,R0被除数复原后，左移一位，40D4RL A形成新地被除数存到R0 寄4180MOV R0,A存器4272MOV A,R2上商 0 相当于什

28、么都不做，43D4RL A直接左移一位即可，储存到4482MOV R2,AR2 寄存器中4570MOV A,R0新地被除数减去除数，运算4631SUB A,R1结果储存到R0 寄存器中覆4780MOV R0,A盖原被除数4873MOV A,R3计数器值减一493C01SUB A,#01H4BA451JZ NEXT4 次运算终止后跳出去4D83MOV R3,A新计数器值存到 R34E70MOV A,R0取新被除数与除数差值4FAC1EJMP LOOP跳到 LOOP 进行判定5170NEXT:MOV A,R04 次运算已经终止525C10AND A,#10H取最终一次结果符号位543C00SUB

29、A,#00H假如为0，即正数，跳到56A45CJZ OUT1OUT1 处理583C10SUB A,#10H假如为1，即负数，跳到5AA462JZ OUT2OUT2 处理5C72OUT1:MOV A,R2最终一次运算结果为正，上5D1C01ADD A,#01H商 1，将结果储存到R2 寄5F82MOV R2,A存器，并跳转到F 进行商符6062AC6872JMP FOUT2:MOV A,R2运算最终一次运算结果为负，上631C00ADD A,#00H商 0，将结果储存到R2 寄6582MOV R2,A存器，并跳转到F 进行商符66AC68JMP F运算68789FF:MOV A,9FH商符运算模

30、块6AD0RR A从 内 存 9F 单 元 取出 被 除6BD0RR A数，右移 4 次，获得其符号6C6DD0D0RR ARR A位6E80MOV R0,A将结果存到 R0 寄存器6F789EMOV A,9EH从内存9E 单元取出除数，71D0RR A右移 4 次，获得其符号位；72D0RR A73D0RR A74D0RR A7530SUB A,R0并将除数符号位减被除数符 号位，将结果存到累加器A 中即可763C00SUB A,#00H假如结果为0，跳到 FF2 模78A481JZ FF2块进行处理7AAC7CJMP FF1否就跳到 FF1 模块处理7C7D726C10FF1:MOV A,

31、R2OR A,#10H结果不为 0，说明被除数和欢迎下载精品学习资源7F82MOV R2,A除数肯定是一正一负形式，80C4OUT所以商符符号位也必为18172FF2:MOV A,R2结果为0，说明被除数和除826C00OR A,#00H数肯定是同号形式，所以商848582C4MOV R2,AOUT符符号位也必为 0OVERFLOW: MOV R0除数为 0，跳到这终止欢迎下载精品学习资源课程设计总结：本次课程设计让我收成颇丰，起初拿到课程设计题目，不知道如何去实现设计要求， 经过前几天查阅资料，老师帮忙，我对这次课程设计要求有了更深地明白，知道了具体应当怎样操作，怎样去实现原码一位除法器，怎

32、样去操作 Cop2000 试验箱 .我想说本次课程设计不但使我们复习了运算机组成原理课程地内容，仍让我们复习并应用了算法设计与分析以及汇编语言课程地内容，我们加深了对运算机系统概念地懂得 .我诚心感谢学校和老师给我们支配了这次课程设计，我们平常在享受信息时代带来地便利迅捷地同时也养成了懒散、急于求成地坏习惯，而这次地课程设计不答应我们偷懒， 每个人必需下足功夫才能够完成，而在完成地过程中，我们地心态也悄然发生了变化，从开头地些许抵触转变为乐在其中，这莫非不值得感谢吗？我诚心地期望学校学院能给我安排更多地此类实践课程，增强我们地动手实践才能，促进理论学问地消化吸取 .最终感谢几位指导老师地尽心讲解和耐心指导，感谢您！指导老师评语：指导老师 签字：年 月日课程设计成果欢迎下载精品学习资源欢迎下载