杨科计算机组成原理课程设计.doc

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1、 计算机组成原理 课 程 设 计 报 告 学部： 信息科学与技术 专业班级： 软件工程2班 学生姓名： 杨 科 学生学号： 3 指导教师： 陈 艳 课设时间： 2015.4.42015.4.12 目录一、课设目的2二、课设任务2三、使用的设备及软件2 设备2 软件3四、设备连接4五、编程题目4六、程序流程图4七、程序6八、程序每条指令对应的机器代码和对应的微指令.7九、调试过程151、程序编译152、加载154、总清试验机175、程序运行17十、结果20 1.计算结果20 2.查看方法17 一、课设目的通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：1、计算机的硬件基本组成；2、计算机中机器指令的设计；

2、3、计算机中机器指令的执行过程；4、微程序控制器的工作原理；5、微指令的格式设计原理。6、通过使用软件HKCPT，了解程序编译、加载的过程。7、通过微单步、单拍调试，理解模型机中的数据流向。 二、课设任务1、在掌握各模块功能的基础上，构成模型机；2、熟悉模型机的通路、微指令系统、与汇编指令的关系；3、使用微机与模型机连接调试的应用程序HKCPT；4、编辑程序，了解程序编译、加载及运行的过程。三、使用的设备及软件 设备 此次课设使用HK-CPT-IV型计算机组成原理实验平台，实验平台简介如下：基本功能模块：运算器模块、指令部件模块、堆栈寄存器模块、存储器模块、总线传输模块、微程序模块、启停和时序

3、模块，以及用于调试和观察数据的监控模块。1 组成结构：采用总线结构。总线分为：内部、外部地址总线，内部、外部数据总线。2 监控模块：为实验调试和程序设计带来了相当的便利。实验者可以通过监控模块来修改微程序和内存中的程序。3 操作方式 ： 单机方式整个系统可单独使用；联机方式系统可 与PC机相连。 软件 此次课设使用的软件为HKCPT，其使用介绍如下：1 启动HKCPT：第一次启动HKCPT，用户需设置实验平台通讯端口。退出HKCPT时，会自动保存用户最后一次的设置。用户选择“设置实验平台”菜单项，在弹出的对话框中，选择相应的通讯串口、通讯波特率和延时因子。点击确定按钮，即可使用。2 程序编写：

4、选择“文件新文件”菜单项，将新建一个空的编辑窗口。用户在编辑窗口中输入以下程序。输入完毕，选择“文件另存为”菜单项，把该文件保存为demo.asm。因为编译器支持长文件名，用户也可以把该文件保存在如“我的文档”之类的目录夹中。用户可以直接选择“文件打开”菜单项打开该文件。3 程序编译：编译是检查源文件的语法错误，如果源文件没有语法错误，编译器将生成源文件的目标代码，由于是单汇编文件，编译产生的目标代码可以直接加载调试。用户选择“编译编译当前文件”菜单项，将编译当前活动窗口中的源文件，编译结果的信息显示在输出窗口中。用户可以根据输出窗口中错误信息直接定位到源文件的相应位置。4 程序运行：加载后，

5、可以运行程序，有三种运行方式： 微单步：每执行一条微程序，PC指针加1，微指令向后移动一步，同时结构图中绘出执行步及上一步的数据流向，各个寄存器和控制线状态会相应改变。 程序单步：从当前PC指针行执行源文件的一行语句，然后又停止。结构图中显示的寄存器值和控制线都会随之刷新，但不显示数据流。 全速运行：全速运行程序，遇到用户断点或按暂停键或执行到halt指令停止。 四、设备连接 实验过程中的设备连接包括3部分的内容：1 数据总线的连接：接口1DJ1DJ2 DJ3 DJ4 DJ5 DJ6DJ7PC_OUT接口2ALU_INALU_OUTR_INR_OUTRA_INRA_OUTPC_INAJ12 各

6、模块的连线：由于实验平台提供了连线板，在实验时，只要将连线板插在指定的地方，这样，各个模块就成功的连接了。3 与计算机的连线：实验平台提供的连接线将实验平台与计算机相连，这样，计算机通过软件可以和平台相互通讯。 五、编程题目从1加到10，再带进位右移三位，最后，再加上自已学号的后三位，结果存放到RAM的40H号字节单元中。六、程序流程图 寄存器分配：1 R1作为计数器，控制循环次数，判断是否退出循环；2 R0用来存放累加和，把最终的结果放入A中。3. R2不变，固定为1，通过R1每次减1实现累加和需要的累加数。4. R3用来存放学号。 开始 10-R0 10-R1 1-R2 R1-A R1-A

7、 A-R2-A A-R1A-A A+R0-A A-R0 R1-A否A=10?-是 R0-A A3A中的值带进位右移3位 7BHR3 A+R0-AA-40H将A的内容存入RAM 结束 七、程序根据程序流程图所示，可以进行代码的编写： MOV R2,#1 MOV R0,#0A MOV R1,#0A MOV A,R1 SUB A,R2 MOV R1,A ADD A,R0 MOV R0,A MOV A,R1 JZ 10 JMP 06 MOV A,R0 RRC A RRC A RRC A MOV R3,#7B ADD A,R3 STA 40 HALT HALT程序分析： MOV A,R1 SUB A,R

8、2R1作为计数器，控制循环次数，判断是否退出循环R2不变，固定为1，通过R1每次减1实现累加和需要的累加数。 ADD A,R0 MOV R0,AR0用来存放累加和，把最终的结果放入A中 MOV R3,#7B R3用来存放学号。 RRC A RRC A RRC A实现3次右移操作，得到所要求的结果。 MOV R0,#C6 加上学号 STA 41 将结果放入内存40(H)号单元 程序总体分析如下： 当每进行一次循环，R0减1，直到减到1，且减完后A和R0均保存了下一次循环当加的数，R2不变，固定位1，故而用A 和 R2进行比较，如果A和R2相等，则不执行循环了，如不相等则执行下一次循环。R1作为计

9、数器，控制循环次数，判断是否退出循环。R0从10减到1总共循环了10次，R0用来存放累加和，把最终的结果放入A中，带进位右移三位后加上R3的内容存入A中，把A的结果存放到40号单元。八、 程序每条指令对应的机器代码和对应的微指令 用软件HKCPT来编辑、编译、加载实验平台，或通过键盘（键盘使用方法见第四章）把以下程序以16进制输入程序存储器。 1.代码的微指令运行过程内存地址 指令助记符指令码或立即数说明00HMOV R2,#16EH立即数01H-R201H01H02HMOV R0,#0A6CH立即数 0AH-R003H0AH04HMOV R1,#0A6DH立即数0AH-R105H0AH06H

10、MOV A,R13DH(R1)-A07HSUB A,R21EH(A)-(R2)-A08HMOV R1,A4DH(A)-R109HADD A,R00CH(A)+(R)-A0AHMOV R0,A4CH(A)-R00BHMOV A,R13DH(R1)-A0CHJZ 10B3H(A)=0，跳转到10号指令0DH10OEHJMP 06BFH无条件跳转到06号指令0F06循环10HMOV A,R03CH(R0)-A11HRRC 9FHA112HRRC 9FHA113HRRC 9FHA114HMOV R3,#7B6FH7BH-R37BH15HADD A,R30FH(A)+(R3)-A16HSTA 40 8F

11、HA的内容到40号单元内存40H17HHALTFFH停机 运行结果为：RAM 40H单元中的内容为41H 2.代码详细运行微单步运行程序：通过软件HKCPT的微单步功能可观察各个变量的变化。微单步运行过程显示如下：微地址数据流程数据总线地址总线操作寄存器微代码00H取指微指令RAM-BUS-IR16EH00HIR1=6EH4DFFFFMOV R2,#11BHBUS-R201H01HR2=01HDDBFFF1CH取指微指令RAM-BUS-IR16CH02HIR1=6CH4DFFFFMOV R0,#0A1BHBUS-R00AH03HR0=0AHDDBFFF1CH取指微指令RAM-BUS-IR16D

12、H04HIR1=6DH4DFFFFMOV R1,#0A1BHBUS-R10AH05HR1=0AHDDBFFF1CH取指微指令RAM-BUS-IR13DH06HIR1=3DH4DFFFFMOV A,R10FH R1-A0AH07HIR1=0AHFF7BFF1H取指微指令RAM-BUS-IR11EH08HIR1=1EH4DFFFFSUB A,R207HA-锁存器DR16CH无效DR1=6CHFFFCD608H寄存器R1-锁存器DR23DH无效DR2=3DHFE7F5609HALU-A09H无效A=09HFFFB860AH 取指微指令RAM-BUS-IR14DH09HIR1=4DH4DFFFFMOV

13、 R1,A13HA-R109H无效R1=09H7FBDFF14H 取指微指令RAM-BUS-IR10CH 0AHIR1=0CH4DFFFFADD A,R003HA-锁存器DR100H无效DR1=00HFFFCF904H寄存器R0-锁存器DR20AH无效DR2=0AHFF7F7905HALU- A0AH无效A=0AHFFFBA906H取指微指令 RAM-BUS-IR14CH0BHIR1=4CH4DFFFFMOV R0,A13HA-R00AH无效DR1=0AH7FBDFF14H取指微指令 RAM-BUS-IR13DH0CHDR1=3DH4DFFFFMOV A,R10FH R1-A09H无效A=09

14、HFF7BFF10H取指微指令RAM-BUS-IR1B3H0DHIR1=B3H4DFFFFJZ 102FHRAM-BUS-IR210H无效DR1=10HD4FFFF30H取指微指令RAM-BUS-IR1BFH0EHDR2=BFH4DFFFFJMP 062FHRAM-BUS-IR206H0FH IR1=06HD4FFFF30H取指微指令RAM-BUS-IR13CH10HIR1=3CH4DFFFF进入循环部分循环部分结束MOV A，R00FHR0-A37H无效A=37HFF7BFF10H取指微指令RAM-BUS-IR19FH11HIR1=9FH4DFFFFRRC A27HHA11BH无效A=1BH

15、FFF1EF28H取指微指令RAM-BUS-IR19FH12HIR1=9FH4DFFFFRRC A27HA18DH无效A=8DHFFF1EF28H取指微指令RAM-BUS-IR19FH13HIR1=9FH4DFFFFRRC A27HA1C6H14HA=C6HFFF1EF28H取指微指令RAM-BUS-IR16FH无效IR1=6FH4DFFFFMOV R3,#7BH1BHRAM-R07BH无效IR1=7BHDDBFFF1CH取指微指令RAM-BUS-IR10FH15HR0=0FH4DFFFFADD A,R303HA-DR1C6H无效DR1=C6HFFFCF904HR0-DR7B无效DR1=7BH

16、FF7F7905HALU- A4B无效 A=4BFFFBA906H取指微指令RAM-BUS-IR18F16HIR1=8F4DFFFFSTA 4023HRAM-BUS-IR14017HIR2=40HD5FFFF24HA-RAM4B18HRAM(40)=4BHBBFDF25H取指微指令 RAM-BUS-IR1FFH19HIR1=FFH4DFFFFHALT3FH置模型机为停止状态无效无效置停止状态FFDFFF 九、调试过程 1、程序编译 2、加载通过下列图片示例说明 3、全速执行 4、总清实验机 5、程序运行 指令 全速执行 全速执行可以一次性使所有的代码执行完毕，从而得出最终的结果。此过程一般用于

17、代码准确无误之后的执行，其步骤为：单击菜单“调试”项，选择“全速执行”，最后可以看到最终的结果。在执行的过程中，实验平台上的指示灯不断地闪烁，是由于每一条微指令都对应着不同的指示灯的明暗情况。 程序单步程序单步用于调试使用，每一次执行一条指令，其步骤为：单击菜单“调试”项，选择“程序单步”，可以看到指令序列上的亮条纹移动了一条指令。在执行的过程中，实验平台上的指示灯不断地闪烁，是由于一条指令对应着多条微指令，每一条微指令都对应着不同的指示灯的明暗情况。例如MOV R2,#01”对应的微单步序列如下1) 微单步微单步可以将每一条指令包含的微指令分步执行，其步骤为：单击菜单“调试”项，选择“微单步

18、”，可以从结构图窗口中看到每一条微指令执行的操作。在实验平台上，可以看到指示灯的对应不同微指令的不同明暗变化。 例如“MOV R2,#01”对应的微指令序列2) 微单步结构图 十、结果1.计算结果1+2+3+4+5+6+7+8+9+10=10*（10+1）/2=55，对应的十六进制是37H，二进制代码是，右移三位后二进制代码为B即为C6H，我的学号的后三位为123，对应的十六进制为7BH，相加后进位之后的结果为41 H。2.查看方法方法一:在“程序代码窗口”范围内单击鼠标右键，选择“读出”项，在相应的内存区间可以看到内存中的结果,在本例中，数据显示在第4行、第1列（第40H号字节单元内存中）。

19、方法二：编译，加载之后用点查看，然后单击结构图窗口，可以在A中显示出结果。方法三：在HKZK-CPT实验仪上按menu键，即可进入键盘菜单，然后按20入结果查询，最后按40即可显示结果。 3.实验结果 方法一结果 方法二结果 方法三结果十一、总结 1.心得 ，经过此次课程设计，针对老师的各项要求和目标， 对于计算机组成原理和汇编书上的一些内容有了一定程度的巩固和加深，加深了对MOV，SUB，ADD ,JZ,JMP指令的理解，在前几次的实验中我学会了HKCPT软件的使用以及一些简单的汇编语言的编程。通过CPU的控制信号，来一步一步的顺序执行事先加载的程序，进一步的明白了冯诺依曼提出的根据冯诺依曼

20、体系结构构成的计算机，必须具有如下功能： 把需要的程序和数据送至计算机中。能够按照要求将处理结果输出给用户。当我在实验中遇到一些问题或不懂的地方，我上网查资料解决后，我觉得有一种成就感。一些基本的代码编写以及简单功能的实现，增加了我对计算机的理解，学会了指令的基本原理，设计指令的方法。2. 遇到的问题 在设计机器指令代码时，由于对每条指令的操作数部分理解的不是很全面和到位，导致一些诸如求和操作的结果无法正确保存进指定的地址。在经过对机器指令代码仔细的研究后，知道了程序运行的过程，即先取出操作码进行判断后，再取出操作数进行实际的运算。 由于软件的不稳定性，导致我们实验时总是出现不能和硬件设备连接的问题，需要不停的开关设备，还要调整延时因子的大小，每台机子的延时因子都不一样，要耐心的一步一步调整。 在查看微单步时，结构图的路线必须在加载后查看，不能总清实验机之后再查看，不然总是会出现不能和外部设备连接，此处要十分注意。 在开始第一次实验时，我对程序的执行和它在机器里面对应的地址码，数据总线这些不太理解，通过几次基础的实验我慢慢的懂得了程序的运行情况。