华中科技大学文华学院计算机组成原理课设.docx
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华中科技大学文华学院计算机组成原理课设
华中科技大学
文华学院
计算机组成原理
课程设计
学部：
信息科学与技术学部
专业：
软件工程
班级：
1班
学号：
1001070111
姓名：
指导老师：
袁
一、课设目的3
二、课设任务3
三、使用的设备及软件3
设备3
软件3
四、设备连接4
五、编程题目4
六、程序流程图5
七、程序5
八、对应的微指令6
九、调试过程7
十、结果11
十一、总结11
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；
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：
1．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、启停和时序模块，以及用于调试和观察数据的监控模块。
2．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。
3．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。
4．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：
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，可以运行程序，有三种运行方式：
1 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。
2 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。
3 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1
DJ1
DJ2
DJ3
DJ4
DJ5
DJ6
DJ7
PC_OUT
接口2
ALU_IN
ALU_OUT
R_IN
R_OUT
RA_IN
RA_OUT
PC_IN
AJ1
2．各模块的连线：
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，再带进位右移一位，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
七、程序
根据程序流程图所示，可以进行代码的编写：
MOVR0,#0A
MOVA,#0
MOVR3,#1
MOVR1,#1
ADDA,R3
MOVR2,A
MOVA,R3
SUBA,R0
JZ14
MOVA,R3
ADDA,R1
MOVR3,A
MOVA,R2
JMP08
MOVA,R2
STA20
RRCA
STA30
MOVR0,#70
ADDA,R0
STA40
HALT
八、程序每条指令对应的机器代码和对应的微指令
指令
机器代码
微指令
微代码
MOVR0,#0A
6E0A
取指指令
Dbus->Ri
DDBFFF
4DFFFF
MOVA,#0
5F00
取指指令
Dbus->Ri
DDFBFF
4DFFFF
MOVR3,#1
6C01
取指指令
Dbus->Ri
DDBFFF
4DFFFF
ADDA,R3
0C
取指指令A->Dbus->DR1
Ri->Dbus->DR1
ALU->Dbus->A
FFFCF9
FF7F79
FFFBA9
4DFFFF
MOVR2,A
4D
取指指令A->Dbus->DR1
Ri->Dbus->DR1
ALU->Dbus->A
7FBDFF
4DFFFF
MOVA,R3
3C
取指指令
Dbus->A
FF7BFF
4DFFFF
SUBA,R0
1E
取指指令
A->Dbus->Ri
取指指令
Ri->Dbus->IR2
（IR2）->Abus,Dbus->A
FFFCD6
FE7F56
FFFB86
4DFFFF
JZ14
B314
D4FFFF
MOVR3,A
4C
取指指令A->Dbus->DR1
Ri->Dbus->DR1
ALU->Dbus->A
7FBDFF
4DFFFF
MOVA,R2
3D
取指指令A->Dbus->DR1
Ri->Dbus->DR1
ALU->Dbus->A
FF7BFF
4DFFFF
JMP08
BF06
取指指令
MOVA,R2
3D
取指指令A->Dbus->DR1
Ri->Dbus->DR1
ALU->Dbus->A
FF7BFF
4DFFFF
RRCA
9F
取指指令
A>>1
FFFEF1
4DFFFF
MOVR0,#73
6C73
取指指令
DDBFFF
4DFFFF
ADDA,R0
0C8F
取指指令A->Dbus->DR1
Ri->Dbus->DR1
ALU->Dbus->A
FFFCF9
FF7F79
FFFBA9
4DFFFF
STA40
0C8F
取指指令
A->Dbus->DR1
Ri->Dbus->DR1
ALU->Dbus->A
D5FFFF
BBFDFF
4DFFFF
九、调试过程
1．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。
2．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。
3．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”，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：
“SUBA,R2”对应的微指令序列为：
1 取指令
2 A->BUS->DR1
3 R2->BUS->DR2
4 ALU->BUS->A
微单步：
十、结果
1．应得结果：
1+2+3+4+5+6+7+8+9+10=55=（00110111）B
移位后得（00011011）B=（1B）H
我学号的末3位为112=（70）H
则结果为（1B）H+（70）H=（8c）H。
2．查看方法：
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）。
3．实际结果：
用读出命令，在程序代码窗口中读出结果——8CH，与计算结果一致。
11、总结
总的来说，这个课设的完成确实是让我最有成就感的一件事，对于在一定的时间内完成到这种程度，我也确实感到惊讶，也对自己的成长感到自豪！
虽然在这次实验中，我们并没有什么太大的亮点，也没有做出来高级功能的扩展，但是我们还是靠着自己的努力一步步实现了任务目标，靠自己的力量解决一系列难题，这也是一件很让人愉快的事。
同时也很感谢老师们一直陪伴我们，给与我们指导与帮助，让我们能更有效率的完成这个实验。
最后也是对这次试验的一个感慨，这次试验确实让我有了很大的提高，不只是知识层面，精神层面也有着飞跃，思考能力，发现错误能力，排错纠错能力，这才是我觉得学到的最宝贵的东西，希望在以后的学习生活中还能再接触到相关的有趣知识，让我能有更大的提高！
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