COP2000实现原码数的排序.doc

目 录
第1章 总体设计方案 1
1.1 设计原理 1
1.2 设计思路 1
1.3 设计环境 1
第2章 详细设计方案 3
2.1 算法与程序的设计与实现 3
2.2 流程图的设计与实现 4
第3章 程序调试与结果测试 9
3.1 程序调试 9
3.2 程序测试及结果分析 9
参考文献 11
附录（源代码） 12

沈阳航空航天大学课程设计报告
第1章 总体设计方案
1.1 设计原理
本次课程设计是利用COP2000指令集进行编程，实现对给定内存单元00H-0FH中的16个8bit原码数从小到大排序的功能。首先，将内存单元00H-0FH中的数据取出来，并利用冒泡排序法将内存中的16个原码数视为无符号数进行排序；排序之后的结果存入内存单元0DH-0DFH。冒泡的原理是比较相邻的元素，如果第一个比第二个大，就交换他们两个，对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对，针对所有的元素重复以上的步骤，选出最大的沉底，然后在剩下的数中依次重复上一步骤。最后利用统计16个数中正数的个数设计循环将负数从新排序，将排序之后的新数列放到内存地址0EH-0EFH中，这样实现了本次课设要求。
1.2 设计思路
本次课程设计是实现对于原码数的从小到大排序。首先，需要将给定内存单元中的数取出来存入新的内存单元中，然后对新的内存单元中的数进行排序；排序的方法是冒泡排序法，将有符号的原码数视为无符号数，采用冒泡排序对其进行排序；将排完序的数重新统计，统计16个数中正数的个数，设计循环将负数按照一定顺序放到所有正数之前，最后将所有的正数采用循环遍历方式依次插入到负数之后剩下的位置。
1.3 设计环境
利用伟福COP2000型计算机组成原理实验仪软件和计算机，在COP2000试验仪软件上编程实现原码数的排序。
伟福COP2000试验仪软件的指令集分为如下大类：算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令和跳转指令等。
本程序用到的指令集为：
（1） 算术逻辑运算指令
SUB A，#II-----------从累加器中减去立即数后加入累加器A中
AND A，#II-----------累加器A“与”立即数II
ADD A，#II-----------累加器A加立即数II
ADD A，R？-----------将寄存器中的数打入到累加器A中
（2） 数据传送指令
MOV R?，#II----------将立即数II送到寄存器R?中
MOV MM，A ----------将累加器A中的值送到存储器MM地址中
MOV A，#II ----------将立即数II送到累加器A中
MOV R?，A ----------将累加器A中的值送到寄存器A中
MOV A，R? ----------将寄存器R?的值送到累加器A中
MOV A，MM ----------将存储器MM地址中的值送到累加器A中
MOV @R?，A ----------将累计器A的值送到间址存储器中
（3） 跳转指令
JZ MM---------------若零标志位置1，跳转到MM地址
JC MM---------------若进位标志置1，跳转到MM地址
JMP MM---------------跳转到MM地址
COP2000计算机组成原理实验软件截图如图1.1所示：

图1.1COP2000计算机组成原理软件
第2章 详细设计方案
2.1 算法与程序的设计与实现
本次课程设计采用伟福COP2000实验仪软件和计算机实现有符号数排序的功能，利用伟福COP2000的指令集编程实现。
算法具体描述：
(1) 将十六个原码数存储到内存中：
将16个原码数存入到内存中，数据存入到内存地址0D0H，0D1H，0D2H，0D3H，0D4H，0D5H，0D6H，0D7H，0D8H，0D9H，0DAH，0DBH，0DCH，0DDH，0DEH，0DFH中。
(2) 将十六个有符号数视为无符号数利用冒泡排序法排序：
1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
2. 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点，最后的元素应该会是最大的数。
3. 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。
(3) 判断正数数量：
首先设计程序判断有多少个正数，设此时有正数N个。将排序后的数先和80H相“与”，再减去80H，若此时为0，则判断这个数为负数，若不为0，则判断这个数为正数。
(4) 负数排序:
从0DFH取数放到0E0H中，0DFH向前16-N连续地址中存的数均为负数。再在其中设置一个循环程序，循环次数为16-N，以此将16-N个负数依次放到以0E0H开头的地址中。然后0DFH地址减1，新序列0E0H地址加1，重复上述操作，直到循环次数等于0。运算结束。
(5) 正数排序:
内存0E0H加16-N即为新序列第一个正数的地址，需要将剩余的正数依次放入新的内存单元，0D0H后续N个地址中存的数均为正数，在其中设置一个循环程序，循环次数为N，以此将N个正数数依次放到以0E0H加16-N开头的地址中，然后0D0H地址加1，新序列地址加1，重复上述操作，直到N等于0，此时交换结束，完成所有排序操作。
2.2 流程图的设计与实现
1.将十六个原码数取出并存储到新的内存中，如图2.2.1所示：
开始

取内存00H-0FH中的数据存入内存0D0H-0DFH，并将冒泡排序次数存入0C0H

MOV @R0，A 将数存入内存0DXH中

将数存入0DXH中；
MM=MM地址+1

MM地址==0FH?
Y

JMP LOOP2跳转至冒泡排序
N

结束

图2.2.1存数流程图
2.将十六个原码数视为无符号数利用冒泡排序，如图2.2.2所示：

把数据从0D0H,0D1H中取出并存到寄存器R0和R1中，将0C0H中的数据取出并放到寄存器R3
比较R0，R1大小
Y

开始
R0与R1内的数据交换
N

R3>0?
N

N

R0与R1所指的地址加1
R3减1
Y

结束
JMP LOOP4，统计正负数个数
R0>R1?

图2.2.2冒泡排序流程图
3.统计十六个数中正数数量N，如图2.2.3所示：
开始

MOV R0,#0D0H； MOV R1,#10H
MOV R2,#00H； MOV R3,#0D0H

将R0中的数“与”80，结果减80

R0==0？

Y

R2加1，并将R2的结果存入0FEH
R0加1；
N

R0加1；

R1减1；

R1==0？
N

Y
结束

图2.2.3判断正数数量流程图

4.将十六个数中的负数重新排序如图2.2.4所示：
开始

R0=#10H，R1=#0E0H

R3=10H-0FEH,即为负数个数

R0=#0DFH ；R1=#0E0H

将@R0的值放入@R1中

R0=R0-1；R1=R1+1
R0地址减1，R1地址加1

R3=R3-1，循环次数减1

R3==0？
N

Y
JZ LOOP8

结束

图2.2.4负数排序流程图

5. 将十六个数中的正数重新排序如图2.2.5所示：
开始

R0=#0D0H;R1=#0E0H+0FFH
R1中为第一个正数起始地址

R3=0FEH; 即R3中存放正数个数

将@R0的值放入@R1中

R0=R0+1；R1=R1+1
R0地址加1，R1地址加1

R3=R3-1，循环次数减1

R3==0？
N

Y
JZ LOOP10

结束

图2.2.5正数排序流程图
第3章 程序调试与结果测试
3.1 程序调试
问题1 ：对于题目中给定内存的理解，需要将00H-0FH中的数据取出来。
解决方法：由于程序编译之后；会在内存单元00H-0FH中产生地址码，所以可以取这些数据作为验证数据，将数据取出来之后放入新的内存单元0D0H-0DFH。
问题2 ：将排好序的数据存入0E0H-0EFH后，发现负数排序与结果相反。
解决方法：统计排序之后负数的个数，将负数个数放入内存单元0FFH中，利用这个数设计循环，将全部负数的顺序逐个调换，最终达到理想结果。
问题3：此程序存在缺陷，数据不能通过试验仪输入。
解决方法： 采用中断的方式实现从外部输入数据，将COP2000实验系统与实验室操作台连接，以中断的方式实现16个原码数的输入。
3.2 程序测试及结果分析
软件测试用源程序，COP2000软件，其输入采用立即数方法；
测试数据：
(1)排序前原码数（00）:7C,0F,88,C0,8C,00,8D,D0,74,82,71,83,72,85,7C,0F
排序后原码数（E0）：D0,C0,8D,8C,88,85,83,82,00,0F,0F,71,72,74,7C,7C

图3.2.1结果图1
(2)排序前原码数（00）: 8C,01,8D,02,7C,0F,88, C0, 8C,00,8D,D0,74,82,71,83
排序后原码数（E0）：D0,C0,8D,8D,8C,8C,88,83,82,00,01,02,0F,71,74,7C

图3.2.2结果图2
(3)排序前原码数（00）: 8C,FE,8D,89,8E,06,8F, 96, 7C,0F,88,C0,8C,00,8D,D0
排序后原码数（E0）：FE,DO,C0,96,8F,8E,8D,8D,8C,8C,89,88,00,06,0F,7C

图3.2.3结果图3

参考文献
[1] 唐朔飞.计算机组成原理(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2008
[2] 王爱英.计算机组成与结构(第四版)[M].北京:清华大学出版社,2006
[3] 白中英.计算机组成原理(第四版)[M].北京:科学出版社,2008
[4] 王冠.VerilogHDL与数字电路设计[M].北京：机械工业出版社，2005
[5] 江国强.EAD技术习题与实验[M].北京：电子工业出版社，2005
[6] 杜建国.VerilogHDL硬件描述语言[M].北京：国防工业出版社，2004

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沈阳航空航天大学课程设计报告
附录（源代码）
MOV A,#0FH
MOV 0C0H,A
LOOP: ;从内存00H-0FH中取数据
R:
MOV R0,#00H
MOV R1,#0D0H
S:
MOV A,@R0
MOV R2,A
MOV A,R1
MOV R3,A
MOV A,R2
MOV @R1,A
MOV A,#0FH
SUB A,R0
JZ LOOP1
MOV A,R0
ADD A,#01H
MOV R0,A
MOV A,R1
ADD A,#01H
MOV R1,A
JMP S
LOOP1: ;对原码数进行排序（冒泡排序法）
MOV A,0C0H
T1:
MOV R3,A
MOV R0,#0D0H
MOV R1,#0D1H
S1:
MOV A,@R0
SUB A,@R1
JC LOOP2
MOV A,@R0
MOV R2,A
MOV A,@R1
MOV @R0,A
MOV A,R2
MOV @R1,A
LOOP2:
MOV A,R0
ADD A,#01H
MOV R0,A
MOV A,R1
ADD A,#01H
MOV R1,A
MOV A,R3
SUB A,#01H
MOV R3,A
JZ LOOP3
JMP S1
LOOP3:
MOV A,0C0H
SUB A,#01H
MOV 0C0H,A
JZ LOOP41
JMP T1
LOOP41:
MOV R0,#0D0H
MOV R1,#10H
MOV R2,#00H
MOV R3,#0D0H
LOOP4: ;判断正数的个数，并放入内存单元0FEH中
MOV A,@R0
AND A,#80H
SUB A,#80H
JZ NEXT
MOV A,R2
ADD A,#01H
MOV R2,A
MOV 0FEH,A
NEXT:
MOV A,R0
ADD A,#01H
MOV R0,A
MOV A,R1
SUB A,#01H
MOV R1,A
JZ T2
JMP LOOP4
T2:
MOV R0,#10H
MOV R1,#0E0H
LOOP5: ;对所有负数进行交换，实现原码从小到大排序
MOV A,#10H
SUB A,0FEH
MOV R3,A
MOV 0FFH,A ;负数个数存入内存0FFH
LOOP6:
MOV R0,#0DFH
MOV R1,#0E0H
LOOP7: ;对负数进行取数和排序操作
MOV A,@R0
MOV @R1,A
MOV A,R0
SUB A,#01H
MOV R0,A
MOV A,R1
ADD A,#01H
MOV R1,A
MOV A,R3
SUB A,#01H
MOV R3,A
JZ LOOP8
JMP LOOP7
LOOP8:
MOV R0,#0D0H
MOV R1,#0E0H
MOV A,R1
ADD A,0FFH
MOV R1,A
MOV A,0FEH
MOV R3,A
LOOP9: ;对正数进行取数和排序操作
MOV A,@R0
MOV @R1,A
MOV A,R0
ADD A,#01H
MOV R0,A
MOV A,R1
ADD A,#01H
MOV R1,A
MOV A,R3
SUB A,#01H
MOV R3,A
JZ LOOP10
JMP LOOP9
LOOP10:
JMP LOOP10
课程设计总结：
通过本次的组成原理课程设计，使我对这门课程有了更加深入的了解和体会，首先，第一次接触汇编语言和COP2000实验系统，刚开始对于汇编语言和COP2000实验系统十分陌生，对于代码的书写以及调试遇到了诸多问题，后来在老师和同学的指导下，以及查阅相关资料，写出了自己的第一个探索性的代码并且通过不断的改进和调试，逐渐完成了课设的相关内容，并且加深了自己对于汇编语言的了解，在课设接近尾声之际，从自身而言，对于机器语言有了一个更加深入的理解和学习，并且也帮助同学解决了部分问题。
对于我的课设题目，实现原码数的排序，刚开始我想到的是通过输入16个原码数完成排序功能，后来在老师的指导下，明白了是从内从单元中取数排序，而对于排序部分，首先，我想到的是冒泡排序法，但对于如何实现正负数混合排序，我的做法是将所有原码数按照无符号数排完序，最后，取出所有的负数重新排序，这样简化了排序过程，省去了正负数之间的相互比较。
通过这次课设不仅仅学习到了新的知识内容，也培养了自己独立思考问题以及独立解决问题法的能力。课设过程中也遇到了许多的困难，但最终还是通过探索研究得以解决，当然，本次的课程设计也存在一定的缺陷，在以后的学习中我会不断完善。
指导教师评语：

指导教师(签字)：　　　　　　 年 月 日

课程设计成绩