Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

Кафедра систем автоматизированного проектирования и управления
Учебная дисциплина: Организация ЭВМ и систем

Курс: 2

Группа: 897
        Пояснительная записка к курсовому проекту на тему:

«Разработка программ преобразования форматов двоичных данных и сортировок в машинных кодах микро-ЭВМ СМ-1800 с помощью эмулятора на ПК»
Вариант № 4
Студентка                 




Руководитель            

Рекомендуемая оценка           
Санкт-Петербург

2010

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..………..3

1     
Аналитическая часть....................................................................4

1.1    Система счисления………………………………………4

1.1.1                 Двоичная система счисления………………..……4

1.1.2                 Восьмеричная система счисления.........................4

1.1.3                 Шестнадцатеричная система счисления……......4

1.2     Правила переводов десятичных чисел в них и     обратно………………………………………………………...…4

1.2.1                      Правило перевода восьмеричной системы счисления в двоичную систему счисления………….…….4

1.2.2                      Правило перевода двоичной системы счисления в восьмеричную систему счисления……….....5

1.2.3                      Правило перевода шестнадцатеричной системы счисления в двоичную систему счисления…....5

1.2.4                   Правило перевода двоичной системы счисления в шестнадцатеричную систему счисления…..6

1.3    Форматы хранения чисел с плавающей точкой…...6

2     
Практическая разработка………………………………….…..9

2.1  Блок-схема алгоритма……………………………...…….9

2.2   Распределение памяти и листинг программы……..13

2.3   Результаты тестирования………………………..…17

3 
  Описание средств вычислительной техники…………...18


ВЫВОДЫ…………………………………………………………...…..19

Список литературы………………………………………...…………..20
    Введение

    Курсовая работа состоит из двух частей: аналитической и практической.

    В аналитической части необходимо подготовить реферативный материал на тему: Двоичная, Восьмеричная и шестнадцатеричная система счисления. Правила переводов десятичных чисел в них и обратно. Форматы хранения чисел с плавающей точкой.

     В практической части следует разработать аргоритм и программную реализацию на Эмуляторе микро-ЭВМ СМ-1800, определяющую, какое из заданных в формате с плавающей точкой чисел больше по модулю.

     В формате с плавающей точкой ( 1+8+23 ) хранятся два числа. Восьмиразрядный порядок имеет смещение рсм = 12810 . Двоичная двадцатитрехразрядная мантисса не содержит старшей единицы, получаемой в результате нормализации. Если больше левое число ( с адреса 500016 ) , то в ячейке 600016 сформировать код 01, если больше правое ( с адреса 500416 ) – код 02, при равенстве чисел – код 00. Программа должна располагаться в памяти с ячейкой 400016.
1.  
Аналитическая часть

1.1         Система счисления

 Система счисления - это способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр).

    Запись числа в некоторой системе счисления называется кодом числа.

    Отдельную позицию в изображении числа принято называть разрядом, а номер позиции - номером разряда. Число разрядов в записи числа называется разрядностью и совпадает с его длиной.
1.1.1   Двоичная система счисления.

    В этой системе всего две цифры - 0 и 1. Основание системы - число 2. Самая правая цифра числа показывает число единиц, следующая цифра - число двоек, следующая - число четверок и т.д. Двоичная система счисления позволяет закодировать любое натуральное число - представить его в виде последовательности нулей и единиц.
1.1.2   Восьмеричная система счисления

     В этой системе счисления 8 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Чтобы перевести в двоичную систему, надо заменить каждую цифру эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр). Легко догадаться, что для перевода многозначного двоичного числа в восьмеричную систему нужно разбить его на триады справа налево и заменить каждую триаду соответствующей восьмеричной цифрой.
1.1.3   Шестнадцатеричная система счисления

    Запись числа в восьмеричной системе счисления достаточно компактна, но еще компактнее она получается в шестнадцатеричной системе. В качестве первых 10 из 16 шестнадцатеричных цифр взяты привычные цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, а вот в качестве остальных 6 цифр используют первые буквы латинского алфавита: A, B, C, D, E, F. Перевод из шестнадцатеричной системы в двоичную и обратно производится аналогочно тому, как это делается для восьмеричной системы
1.2         Правила переводов десятичных чисел в них и обратно
1.2.1  Правило перевода восьмеричной системы счисления в двоичную систему счисления

    При переводе многоразрядного числа каждую  цифру  исходного восьмеричного числа  представить  всегда  точно тремя двоичными цифрами, взятыми из таблицы. При этом, если для записи соответствующей

восьмеричной цифры в виде двоичной требуется менее трех двоичных цифр,

двоичный эквивалент  дополняется слева нулями ( незначащие нули не исказят значения числа).Таким образом,  например,  при записи четырехразрядного

восьмеричного числа  должно  получиться  двенадцатиразрядное  двоичное.

    После окончания такого преобразования можно отбросить старшие для всего числа незначащие двоичные цифры. Отметим, что три цифры принято  называть  триадой.  Поэтому можно сказать,  что при описываемом переводе каждая восьмеричная цифра заменяется соответствующей ей триадой двоичных цифр.

    Если исходное  число  дробное,  т.е.  имеет целую и дробную часть,  то в

двоичном числе  запятая  ставится  между  триадами, представляющими

соответствующие цифры исходного числа.

    Преобразуем восьмеричное число 5000

    Для этого  запишем для каждой цифры соответствующую триаду:

5 --> 101

0 --> 000

    Теперь можно записать число в двоичной форме

5000 --> 101 000 000 000
1.2.2   Правило перевода двоичной системы счисления в восьмеричную систему счисления

    При переводе многоразрядного двоичного числа в восьмеричную форму  поступают следующим образом:  Исходное число разбивают на триады.  При этом для целой части числа  разбиение  проводят  от местонахождения  запятой влево,  а для дробной части - от этого же места вправо. Затем самая левая группа при необходимости дополняется незначащими нулями до образования триады,  а самая правая группа только в дробной части дополняется нулями справа также до образования полной триады.  После этого каждая триада заменяется

соответствующей восьмеричной цифрой. Местоположение запятой сохраняется по тем же правилам, что и в правиле перевода восьмеричной системы счисления в двоичную.

    Пример.

Представить двоичное число 101 000 000 1 в форме восьмеричного.

Теперь дополним до трех цифр нулями самую правую группу справа:

101 000 000 100

Заменим  каждую триаду соответствующей восьмеричной цифрой:

101 000 000 100  -->   5004
1.2.3  Правило перевода шестнадцатеричной системы счисления в двоичную систему счисления

    При переводе  многоразрядного  шестнадцатеричного  числа  в двоичную форму каждую цифру  исходного  числа  заменяют  группой точно  из  четырех  двоичных цифр  (заменяют тетрадой двоичных цифр).  Местоположение

запятой сохраняется по тем  же  правилам, что и в правиле перевода восьмеричной системы счисления в двоичную. В окончательной

записи можно отбросить самые левые (незначащие) нули и самые правые нули

дробной части.

    Пример.

Преобразовать  шестнадцатеричное  число  “8А,F1”  в двоичную форму.

Для этого запишем для каждой цифры соответствующую тетраду:

8 -->  1000

А  --> 1010

F --> 1111

1  --> 0001

Теперь можно записать число в двоичной форме

8A,F1 ->  10001010,11110001
1.2.4 Правило перевода двоичной системы счисления в шестнадцатеричную систему счисления

    При переводе многоразрядного двоичного числа в шестнадцатеричную форму поступают следующим образом. Исходное число разбивают на тетрады. При этом для целой части числа разбиение проводят от местонахождения запятой влево,  а для  дробной  части  от этого же места вправо. Затем самая левая группа при необходимости дополняется незначащими нулями до образования тетрады, а самая правая  группа  только в дробной части дополняется нулями справа также до образования полной тетрады. После этого  каждая тетрада  заменяется соответствующей  шестнадцатеричной  цифрой. Местоположение запятой сохраняется по тем же правилам, что и  в правиле перевода восьмеричной системы счисления в двоичную.

   Пример.

Представить двоичное  число 10000111,10100011 в форме шестнадцатеричного. Разобьем исходное число на группы по четыре цифры, приняв в качестве точки отсчета местоположение запятой:

1000 0111 , 1010 0011

Заменим каждую тетраду соответствующей шестнадцатеричной цифрой:

1000 0111 , 1010 0011 ->  87,А3

     Шестнадцатеричная и восьмеричная системы счисления  используются  для  более компактной  и удобной записи двоичных чисел. Так, известность шестнадцатеричной системе принесло то, что с ее использованием удобно представлять программы в кодах большинства современных ЭВМ.
1.3         Форматы хранения чисел с плавающей точкой

    Числовые величины, которые могут принимать любые значения (целые и дробные) называются вещественными числами. В математике также используется термин «действительные числа». Решение большинства математических задач сводится к вычислениям с вещественными числами. Вещественные числа в памяти компьютера представляются в форме с плавающей точкой.

    Форма с плавающей точкой использует представление вещественного числа А в виде произведения мантиссы m на основание системы счисления q в некоторой целой степени p, которую называют порядком:

А=m x q^p

    Например, число 128 можно записать в виде: 0,0000000128 х 10^10. Здесь m=0,0000000128 – мантисса, p=10 – порядок. Порядок указывает, на какое количество позиций и в каком направлении должна «переплыть», т.е. сместиться десятичная  в мантиссе. Отсюда название «плавающая точка». Однако справедливы и следующие равенства:

12,8 х 10 = 1,28 x 10^2 = 0,128 x 10^3 = 1280 x 10^(-1)

    Получается, что представление числа в форме с плавающей точкой неоднозначно? Чтобы не было неоднозначности, в ЭВМ используют нормализованное представление числа в форме с плавающей точкой. Мантисса в нормализованном представлении должна удовлетворять условию:

0.1q  £m< 1q ,
то есть мантисса меньше единицы и первая значащая цифра - не ноль.              Следовательно, для рассмотренного числа нормализованным представлением будет: 0,0000000128 x 10^10.

    В разных типах ЭВМ применяются различные варианты представления чисел в форме с плавающей точкой. Для примера рассмотрим один из возможных.

Пусть в памяти компьютера вещественное число представляется в форме с плавающей точкой в двоичной системе счисления (q=2) и занимает ячейку размером 4 байта. В ячейке должна содержаться следующая информация о числе: знак числа, порядок и значащие цифры мантиссы. Вот как эта информация располагается в ячейке:

± маш. порядок	МАН	ТИС	СА
1-й байт	2-й байт	3-й байт	4-й байт

    В старшем бите 1-го байта хранится знак числа. В этом разряде 0 обозначает плюс, 1 – минус. Оставшиеся 7 бит первого байта содержат машинный порядок. В следующих трех байтах хранятся значащие цифры мантиссы.

    Что такое машинный порядок? В семи двоичных разрядах помещаются двоичные числа в диапазоне от 0000000 до 1111111. В десятичной системе это соответствует диапазону от 0 до 127. Всего 128 значений. Знак порядка в ячейке не хранится. Но порядок, очевидно, может быть как положительным, так и отрицательным. Разумно эти 128 значений разделить поровну между положительными и отрицательными значениями порядка. В таком случае между машинным порядком и истинным (назовем его математическим) устанавливается следующее соответствие:

Машинный порядок	0	1	2	3	…	64	65	…	125	126	127
Математический порядок	-64	-63	-62	-61	…	0	1	…	61	61	63

    Если обозначить машинный порядок Мq, а математический q, то связь между ними выразится формулой:

Мq = q + 64

     Итак, машинный порядок смещен относительно математического на 64 единицы и имеет только положительные значения. Полученная формула записана в десятичной системе счисления. В двоичной системе счисления формула имеет вид:

Мq = q + 10000002

    При выполнении вычислений с плавающей точкой процессор это смещение учитывает.

    Таким образом, из вышесказанного вытекает следующий алгоритм для получения представления действительного числа в памяти ЭВМ:
1)      Перевести модуль данного числа в двоичную систему счисления;

2)      Записать полученное двоичное число в нормализованном виде;

3)      Определить машинный порядок с учетом смещения;

4)     Учитывая знак заданного числа (0 – положительное; 1 – отрицательное), записать его представление в памяти ЭВМ.
2 Практическая разработка

2.1Блок-схема алгоритма

Основная программа






2.2           Распределение памяти и листинг программы

Распределение программы
Е – Счетчик цикла

H,L –Текущий байт первого числа

B,C – Текущий байт второго числа
Листинг программы

Адрес	16-ричный код	Код Ассемблера	Комментарии
4000	30 00 80	LXI SP, 8000h	Создание стека
4003	21 00 50	LXI H, 5000h	Получение начального адреса чисел
4006	01 00 41	LXI B, 4100h	Запись в регистры ВС адреса, по которому записано первое сообщение
4009	CD 4F 00	CALL 4Fh	Вывод сообщения «Pervoe chislo» на Монитор
400С	1E 05	MVI E, 05h	Создание счетчика на 4 шага
400Е	1D	DCR E	Вычитание единицы из значения счетчика
400F	CA 1A 40	JZ 401Ah	Выход из цикла
4012	CD 67 00	CALL 67h	Ввод одного байта числа в аккумулятор
4015	77	MOV M,A	Копирование байта из аккумулятора в соответствующую ячейку памяти
4016	2C	INR L	Переход к следующему адресу
4017	C3 0E 40	JMP 400Eh	Переход на начало цикла
401A	CD 49 00	CALL 49h	Переход на новую строку
401D	01 25 41	LXI B, 4125h	Запись в регистры ВС адреса, по которому записано второе сообщение
4020	CD 4F 00	CALL 4Fh	Вывод сообщения «Vtoroe chislo» на Монитор
4023	1E 05	MVI E, 05h	Создание счетчика на 4 шага
4025	1D	DCR E	Вычитание единиц из значения счетчика
4026	CA 34 40	JZ 4034h	Выход из цикла(2 число введено)
4029	CD 67 00	CALL 67h	Ввод одного байта числа в аккумулятор
402C	77	MOV M,A	Копирование байта из аккумулятора в соответствующую ячейку памяти
402D	2C	INR L	Переход к следующему адресу
402E	C3 25 40	JMP 4025h	Переход на начало цикла
4031	CD 49 00	CALL 49h	Переход на новую строку
4034	21 03 50	LXI H, 5003h	Запись в пару HL адреса 4 байта 1 константы
4037	01 07 50	LXI B, 5007h	Запись в пару HL адреса 4 байта 2 константы
403A	11 03 50	LXI D, 5003h	Запись в пару HL адреса 4 байта 1 константы
403D	1A	LDAX D	Копирование в аккумулятор 4 байта 1 константы
403E	E6 7F	ANI 7Fh	Установка модуля на 1 число (Умножение на 7Fh)
4040	77	MOV M,A	Запись измененного 4 байта 1 числа на аккумулятор в память
4041	0A	LDAX B	Копирование в аккумулятор 4 байта 2 константы
4042	E6 7F	ANI 7Fh	Установка модуля на 2 число (Умножение на 7Fh)
4044	BE	CMP M	Сравнение 4 байта двух чисел(вычитание из второго числа первое)
4045	DA 71 40	JC 4071h	Переход на адрес 4071h (если байт первого числа больше байта второго(су=1))
4048	C2 82 40	JNZ 4082h	Переход на адрес 4082h(если байт второго числа больше байта первого(су=1)),если нет перехода байты равны
404B	2B	DCX H	Уменьшение адреса байта первого числа
404C	0B	DCX B	Уменьшение адреса байта второго числа
404D	1E 04	MVI E, 04h	Создание цикла на 3 шага
404F	1D	DCR E	Вычитание единицы из значения счетчика
4050	CA 60 40	JZ 4060h	Выход из цикла(числа равны)
4053	0A	LDAX B	Копирование в аккумулятор байта 2 константы
4054	BE	CMP M	Сравнение байта двух чисел(вычитание из второго числа первое)
4055	DA 71 40	JC 4071h	Переход на адрес 4071h(если байт первого числа больше байта второго)
4058	C2 82 40	JNZ 4082h	Переход на адрес 4082h(если байт второго числа больше байта первого),если нет перехода,то байты равны
405B	0B	DCX B	Уменьшение адреса байта первого числа
405C	2B	DCX H	Уменьшение адреса байта второго числа
405D	C3 4F 40	JMP 404Fh	Переход на начало цикла
4060	21 00 60	LXI H, 6000h	Занесение в пару HL адрес ячейки, в которой нужно записать результат
4063	36 00	MVI M, 00h	Запись в ячейку памяти значения 00h( числа равны)
4065	CD 49 00	CALL 49h	Переход на новую строку
4068	01 75 42	LXI B, 4275h	Запись в регистры ВС адреса, по которому записано сообщение «Chisla ravni»
406B	CD 4F 00	CALL 4Fh	Вывод сообщения «Chisla ravni» на экран
406E	C3 93 40	JMP 4093h	Переход на конец программы(по адресу 4093h)
4071	21 00 60	LXI B, 6000h	Занесение в пару HL адреса ячейки, в которой нужно записать результат
4074	36 01	MVI M, 01h	Запись в ячейку памяти значения 01h (первое число больше второго)
4076	CD 49 00	CALL 49h	Переход на новую строку
4079	01 75 41	LXI B, 4175h	Запись в регистры ВС адреса, по которому записано сообщение «Pervoe chislo bolshe vtorogo»
407C	CD 4F 00	CALL 4Fh	Вывод сообщения «Pervoe chislo bolshe vtorogo» на экран
407F	C3 93 40	JMP 4093h	Переход на конец программы(по адресу 4093h)
4082	21 00 60	LXI H, 6000h	Занесение в пару HL адреса ячейки, в которой нужно записать результат
4085	36 02	MVI M, 02h	Запись в ячейку памяти значение 02h(второе число больше первого)
4087	CD 49 00	CALL 49h	Переход на новую строку
408A	01 25 42	LXI B, 4225h	Запись в регистры ВС адреса, по которому записано сообщение «Vtoroe chislo bolshe pervogo»
408D	CD 4F 00	CALL 4Fh	Вывод сообщения «Vtoroe chislo bolshe pervogo» на экран
4090	C3 93 40	JMP 4093h	Переход на конец программы(по адресу 4093h)
4093	C3 40 00	JMP 40h	Выход в Монитор в режиме ожидания ввода команды
4096	21 00 41	LXI H, 4100h	Загрузка в пару HL адреса памяти для работы процедуры ввода TTIO
4099	CD 55 00	CALL 55h	Вызов подпрограммы TTIO ввод символа в аккумулятор
409C	FE 30	CPI 30h	Сравнение введенного с помощью TTIO символа с кодом 30h
409E	CA A6 40	JZ 40A6h	Проверка на конец ввода текста(введен ли символ 0),если да,то переход на адрес 40А6h
40A1	77	MOV M, A	Загрузка кода символа из аккумулятора в ячейку памяти
40A2	23	INX H	Переход к следующему адресу(прибавление 1)
40A3	C3 99 40	JMP 4099h	Переход на начало цикла
40A6	AF	XRA	Обнуление аккумулятора
40A7	77	MOV M, A	Обнуление содержимого ячейки памяти
40A8	01 00 41	LXI B, 4100h	Загрузка в пару ВС начального адреса, по которому записан текст
40AB	CD 4F 00	CALL 4Fh	Вывод введенного сообщения на экран
40AE	C3 40 00	JMP 40H	Выход в Монитор в режиме ожидания ввод команды

2.3          
Результаты тестирования
    В ячейке памяти с адресами от 500016  до 500716  занесен массив констант, соответствующий заданию. На экране выводится сообщение « Pervoe chislo bolshe vtorogo », в ячейке памяти с адресом 6000  сформирован код 0116.
3. Описание средств вычислительной техники
    При выполнении курсового проекта был использован ноутбук со следующими техническими характеристиками:

·        Процессор: Intel Pentium Dual Core 2100 МГц Penryn (T4300)

·        Шина:  800 1 Mb L2 Cache

·        Оперативная память:  3072 Мб DDR2-800МГц

·        Экран: 14" LED Зеркальный (Glare)

·        Жесткий диск: 320 Гб (5400 rpm), SATA

·        Устройства ввода: Кл-ра Windows, Сенсорный планшет Touch Pad

·        Текстовый редактор: Microsoft Office Word 2003

·        Эмулятор СМ-1800 v3.01
Выводы

   Курсовой проект выполнен полностью в соответствии с Заданием

   В результате выполнения курсового проекта была написана программа , выполняющая сравнение по модулю двух заданных в формате плавающей точкой чисел. Главный смысл программы заключается в сравнении чисел с помощью вычитания, для этого были использованы два флага: carry  и zero.

   Благодаря выполнению проекта, я закрепила навыки программирования на языке Assembler  и узнала что-то новое об основных системах счисления.
Список литературы

1)     МикроЭВМ СМ-1800. Архитектура, программирование, применение / А.В. Гиглавный, Н.Д. Кобанов, Н.Л. Прохоров, А.Н. Шкамарда. – М.: Финансы и статистика, 1984.

2)     Гиляров, В.Н. МикроЭВМ СМ-1800 и ее эмулятор на ПК: Методические указания к лабораторной работе / В.Н. Гиляров. - СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2006.

3)     Гиляров В.Н. Видеотерминал и клавиатура микроЭВМ: Методические указания к лабораторной работе / В.Н. Гиляров. - СПб.: СПбГТИ(ТУ),  2006.

4) http://irnik.narod.ru/htm/sistema.htm

5) http://works.tarefer.ru/69/100411/index.html

6) http://ulkolledg.narod.ru/material/Burdina_2/chisla.htm

7) http://www.intuit.ru/department/se/pinform/1/5.html