实验广工计算机组成原理实验.docx

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实验广工计算机组成原理实验

【关键字】实验

计算机学院网络工程专业班______组、学号

姓名协作者___________教师评定

实验题目基础汇编语言程序设计

一、实验目的：

（1）学习和了解TEC-XP+教学实验系统监控命令的用法；

（2）学习和了解TEC-XP+教学实验系统的指令系统；

（3）学习简单的TEC-XP+教学实验系统汇编语言程序。

二、实验设备与器材：

TEC-XP+教学实验系统,仿真终端软件。

三、实验内容：

1、学习联机使用TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC;

2、学习使用WINDOWS界面的串口通讯软件；

3、使用监控程序的R命令显示/修改寄存器内容、D命令显示保存器内容、E命令修改保存器内容；

4、使用A命令编写一小段汇编程序，U命令反汇编刚输入的程序，用G命令连续运行改程序，用T、P命令单步运行并观察程序单步执行的情况。

四、实验步骤：

一、实验具体操作步骤：

1、准备一台串口工作良好的PC机；

2、将TEC-XP放在实验台上，打开实验箱的盖子，确定电源处于断开状态；

3、将黑色电源线一端接220V交流电源，另一端插在TEC--XP试验箱电源插座上；

4、取出通讯线，将通信线的9芯插头接在试验箱的串口“COM1”或“COM2”上，另一端接到PC机的串口上；

5、将TEC-XP实验系统左下方的6个黑色控制器开关置为001100，，控制开关的功能在开关上、下方有标识；开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”，“x”表示任意，其他实验相同；

6、打开电源，船形开关和5v电源指示灯亮。

7、在PC机上运行PCEC16.EXE文件，直接回车。

8、按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键在主机上显示：

TEC—2000CRTMONITOR

Version1.0April2001

ComputerArchitecturLab,TsinghuaUniversity

ProgrammedbyHeJia

>

二、实验注意事项：

几种常见的工作方式（开关拨到上方表示为1，拨到下方为0）

工作方式

5个拨动开关

连续运行程序、组合逻辑控制器、联机、16位机

00110

连续运行程序、微程序控制器、联机、16位机

00010

单步、手动置指令、组合逻辑控制器、联机、16位机

11110

单步、手动置指令、微程序控制器、联机、16位机

11010

16位机、脱机运算器实验

1XX00

三、仿真终端软件的操作成功运行PCEC16.EXE的界面

四、实验示例：

1.用R命令查看寄存器内容或修改寄存器的内容

1）在命令行提示符状态下输入：

R↙；显示寄存器的内容

注：

寄存器的内容在运行程序或执行命令后会发生变化。

2）在命令行提示符状态下输入：

RR0↙:

修改寄存器R0的内容，被修改的寄存器与所赋值之间可以无空格，也可由一个或数个空格

主机显示：

寄存器原值：

_

在该提示符下输入新的值0036

再用R命令显示寄存器的内容，则R0的内容变为0036。

测试结果如下图：

3.用命令修改保存器内容

在命令提示符状态下输入：

E2000↙

屏幕显示：

2000地址单元的原有内容：

光标闪烁等待输入

输入0000

依次改变地址单元2001～2005的内容为：

11112222333344445555

注意：

用E命令连续修改内存单元的值时，每修改完一个，按一下空格键，系统会自动给出下一个内存单元的值，等待修改；按回车键则退出E命令。

5.用A命令花不如一段汇编源程序，主要是想累加器送入数据和进行运算，执行程序并观察运行结果。

1）在命令行提示符状态下输入：

A2000↙：

表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始

屏幕将显示：

2000：

输入如下形式的程序：

2000：

MVRDR0，AAAA;MVRD与R0之间有且只有一个空格，其他指令相同

2002：

MVRDR1，5555

2004：

ADDRO，R1

2005：

ANDR0，R1

2006：

RET;程序的最后一个语句，必须为RET指令

2007：

（直接敲回车键，结束A命令输入程序的操作过程）

若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。

2）用U命令反汇编刚输入的程序

在命令行提示符状态下输入：

U2000↙

在相应的地址会得到输入的指令及其操作码

注：

连续使用不带参数的U命令时，将从上一次反汇编的最后一条语句之后接着继续反汇编。

3）用G命令运行前面键入的源程序

G2000↙

程序运行结束后，可以看到程序的运行结果，屏幕显示各寄存器的值，其中R0和R1的值均为5555H，说明程序运行正确。

4）用P或T命令，但不执行这段程序，观察指令执行结果

在命令行提示符状态下输入：

T2000↙

寄存器R0被赋值为AAAAH

T↙

寄存器R1被赋值为5555H

T↙

做加法运算，和放在R0，R0的值变为FFFFH

T↙

做与运算，结果放在R0，R0的值变为5555H

用P命令执行过程同上

注：

T总是执行单条指令，但执行P命令时，则把每一个CALL语句连同被调用的子程序依次执行完成。

T，P命令每次执行后均显示所由通用寄存器及状态寄存器的内容，并反汇编出下一条将要执行的指令。

运行结果如下：

例1：

设计一个小程序，从键盘上接收一个字符并在屏幕上数出显示该字符。

<1>在命令行提示符状态下输入：

A2000↓

屏幕将显示：

2000：

输入如下形式的程序：

2000：

IN81：

判断键盘上是否按了建

2001：

SHRR0：

即串行口是否有输入的字符

2002：

SHRR0

2003：

JRNC2000：

未输入完则循环测试

2004：

IN80：

接收该字符

2005：

OUT80↓：

在屏幕上输出显示字符‘6’

2006：

RET↓：

每个用户程序都必须用RET指令结束

2007：

↓：

（按回车即结束输入过程）

注：

在十六位机中，基本I/O接口的地址是确定的，数据口的地址为80，状态口的地址为81。

<2>用“G”命令运行程序

在命令提示符状态下输入：

G2000↓

执行上面输入的程序

光标闪烁等待输入，用户从键盘入字符后，屏幕会显示该字符。

该例建立了一个从主存2000H地址开始的小程序。

这种方式下，所有的数字都约定使用16进制数，故数字后不用跟字符H。

每个用户程序的最后一个语句一定为RET汇编语句。

因为监控程序是用类似子程序调用方式使实验者的程序投入运行的，用户程序只有用RET语句结束，才能保证程序运行结束时能正确返回到监控程序的断点，保证监控程序能继续控制教学机的运行过程。

测试如下图：

五、实验心得

学会了联机使用TEC-XP教学实验系统和仿真终端软件PCEC，教学实验系统监控命令的用法，了解了TEC-CP教学实验系统的指令系统，试着做汇编程序设计，在尝试中发现汇编程序设计的方法，理解指令代码的意义及程序所能实现的功能，并对基础汇编语言程序设计有了初步的了解，增加了自己学习的兴趣和提高了自己的动手操作的能力。

计算机学院网络工程专业1班______组、学号

姓名协作者___________教师评定____________

实验题目脱机运算器实验

一、实验目的：

1、深入了解AM2901运算器的功能与具体用法。

2、深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。

二、实验设备与器材：

TEC-XP+教学实验系统

三、实验说明和原理：

脱机运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，此时，他的全部控制与操作均需通过两个12位的卫星开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关，案件控制数学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算器结果。

下面先把前边几讲过的，与该实验直接有关的结论性内容汇总如下。

一、12位微型开关的具体控制功能分配如下：

A口，B口地址：

送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号：

I8-I0：

选择操作数来源，运算操作功能，选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码：

SCI，SSH和SST：

用于确定运算器最低位的进位输入，移位信号的入/出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。

二、开关位置说明：

做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拔动开关。

微动开关是红色的，一共有三个，一个微动开关可以提供12位的控制信号，三个开关分别标有SWI1microswitch、SW2microswitch和SW3microswitch；数据开关是黑色的，左边的标有SWH的是高8位，右边的标有SWL的是低8位。

微动开关与控制信号对应关系见表（从左到右）：

SW1Microswitch

SW2Microswitch

SW3Microswitch

T3-T0

REQ/MIO/WE

I2-I0

I8-I7

I6-I3

BPORT

APORT

SSTSSHSCI

DC2

DC1

三、开关检测

红色微动开关是该实验系统使用寿命最短的器件，开关好坏的检测方法比较简单，用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX000”，从左面其第二个和第三个的开关处于任意位置，然后将两个未动开关上的24小纽子依次置为1（开关拨到上方为1），看对应的指示灯是否亮，如果有一个或数个指示灯不亮，则一般是开关除了问题。

四、实验内容：

在脱机方式下，对于给定指令分析其执行过程中运算步骤，通过对AM2901运算器所需的控制信号的设置，使之完成运算，并核对运算结果。

五、实验步骤：

在脱机方式下，通过设置SW1，SW2，SW3各微码字段和数据开关，可实现多种运算。

以实现AAAAH->R1为例说明操作过程。

1、按照下表中的微码和数据开关，对运算器的功能进行设置。

操作步骤如下：

微动开关

数据开关

I8-I6

I5-I3

I2-I0

SST

SSH

SCi

B

A

D15-D0

011

000

111

001

00

00

0001

不用

AAAAH

5、将教学机左下方的5个拨动开关置为11XX00（单步,16位,脱机）;先按一下”RESET”按键,再按一下”START”按键,进行初始化.

6、通过16个数据开关设置立即数AAAAH。

7、通过SW1、SW2、SW3设置各微码。

3、按一次START键，立即数XXXXH置入R1，通过显示灯查看按START键后的输出。

若要进行其他操作：

（1）程序设置SW1、SW2、SW3数据开关，通过显示灯观察输出。

（2）然后按START键执行操作。

通过显示灯观察按START键后的输出，检查运算结果是否正确。

4、接下来,按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验,将结果填入表中:

其中,D1取为0101H,D2取为1010H,通过两个12位的红色微型开关向运算器提供控制信号,通过16位数据开关向运算器提供数据,通过指示灯观察运算结果及状态标志.

运算

I8-I0

SST

SSH

SCI

B

A

压START前

压START后

ALU输出

CZVS

ALU输出

CZVS

*D1+0->R0

0

001

00

00

0000

不用

0101

随机

0101

0000

*D2+0->R1

0

001

00

00

0001

不用

1010

0000

1010

0000

R0+R1->R0

0

001

00

00

0000

0001

1111

0000

2121

0000

R0-R1->R0

0

001

00

01

0000

0001

0101

0000

F0F1

1000

R1-R0->R1

0

001

00

01

0001

0000

0F0F

1000

0E0E

1000

R0VR1->R0

0

001

00

00

0001

0000

0F0F

1000

0F0F

1010

R0R1->R0

0

001

00

00

0000

0001

1010

1010

0101

1010

R0R1->R0

0

001

00

00

0000

0001

1010

1010

0101

1000

（R0R1）->R0

0

001

00

00

0000

0001

FEFE

1000

0E0E

1001

2*R0->R0

1

001

00

00

0000

不用

FEFE

1001

FDFC

0001

R0/2->R0

1

001

00

00

0000

不用

FDFC

0001

7EFE

0001

注:

用*标记的运算,表示D1,D2的数据是由拨动开关SW给出的,开关给的是二进制的信号,注意二进制和十六进制间的转换.

六、思考题：

问题：

分析比较各指令按START键前和按START键后的值，是否有不同并解释。

前后结果有些不同，按”START”按键之前,ALU输出的是计算结果,参照ALU的操作周期的时序可知A,B口数据锁存是在时钟的下降沿,通用寄存器的接收是在低电平,所以要想寄存器接收ALU的计算结果必须按一次”START”按键.

七、实验心得：

了解了AM2901运算器的功能与具体用法并深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。

一开始因为不了解按钮的实际作用和功能，一直出现错误的结果，经请教同学再进一步把指导书看懂后，最终实现了本实验的操作。

深刻让我理解到做实验前要好好进行预习工作，上课时认真听老师的讲解和指导，对于遇到自己没办法解决的事可以请教老师或同学，学会对问题的分析，找寻错误的原因，分析遇到的各种现象，判断结果是否正确。

计算机学院网络工程专业班______组、学号

姓名协作者___________教师评定_____________

实验题目存储器部件教学实验

一、实验目的：

8、熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处；学习用编程器设备向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。

9、理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案。

10、了解静态存储系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系。

11、了解如何通过读、写存储器指令实现对58C65ROM芯片的读、写操作。

12、加深理解对存储器部件在计算机整机系统中的作用。

二、实验设备与器材：

TEC-XP+教学计算机

三、实验说明与原理：

1、内存储器原理

内存储器是计算机中存放正在运行中的程序和相关数据的部件。

在教学计算机存储器部件设计中，出于简化和容易实现的目的，选用静态存储器芯片实现内存储器的存储体，包括唯读存储区和随读写存储区两部分，ROM存储区选用4片长度8位、容易8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：

0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量的教学实验。

地址总线的低13位送到ROM芯片的地址线引脚，用于选择芯片内的一个存储字。

用于实现存储字的高位字节的3个芯片的数据线引脚、实现低位字节的3个芯片的数据线引脚分别连接在一起接到数据总线的高、低位字节，是实现存储器数据读写的信息通路。

数据总线要通过一个双向三态门电路与CPU一侧的内部总线IB相连接，已完成存储器、接口电路和CPU之间的数据通讯。

2、扩展教学机的存储空间

四、实验内容：

1、完成存储器扩展的教学实验，需为扩展存储器选择一个地址，并注意读写和等控制信号的正确状态。

2、用监控程序的D、E命令对存储器进行读写，比较RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）、EPROM（27系列芯片）在读写上的异同。

3、用监控程序的A命令编写一段程序，对RAM（6116）进行读写，用D命令查看命令是否正确。

4、用监控程序的A命令编写一段程序，对扩展存储器EEPROM（28系列芯片）进行读写，用D命令查看结果是否正确；若不正确，分析原因，改写程序，重新运作。

（2）实验步骤：

1.检查FPGA下方的标有“/CE”的四组插针均是左边两个短接；

2.检查RAM（6116）上方的标有“/WE”的插针应是左边两个短接；

3．RAM（6116）支持即时读写，可直接用A、E命令向扩展的存储器输入程序或改变内存单元的值。

RAM中的内容在断电后会消失，重新启动实验机后会发现内存单元的值发生了改变。

1>用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

<1>在命令行提示符状态下输入：

E2020↙

屏幕将显示：

2020内存单元原值：

按如下形式键入：

2020原值：

2222（空格）原值：

3333（空格）原值：

4444（空格）原值：

5555*

<2>在命令行提示符状态下输入：

D2020↙

屏幕将显示从2020内存单元开始的值，其中2020H~2023H的值为：

2222333344445555

<3>断电后重新启动教学实验机，用D命令观察内存单元2020~2023的值。

会发现原来置入到这几个内存单元的值已经改变，用户在使用RAM时，必须每次断电重新

启动后都要重新输入程序或修改内存单元的值。

0000FFF70000FFFF

2>用A命令输入一段程序，执行并观察结果。

<1>在命令行提示符状态下输入：

A2000↙

屏幕将显示：

2000：

按如下形式键入：

2000：

MVRDR0，AAAA

2002：

MVRDR1，5555

2004：

ANDR0，R1

2005：

RET

2006：

↙

<2>在命令行提示符状态下输入：

T2000↙

R0的值变为AAAAH，其余寄存器的值不变。

R0=AAAA

T↙

R1的值变为5555H，其余寄存器的值不变。

R0=AAAAR1=5555

T↙

R0的值变为0000H，其余寄存器的值不变。

R0=0000

<3>在命令行提示符状态下输入：

G2000

运行输入的程序。

R0=0000R1=5555

<4>在命令行提示符状态下输入：

R↙

屏幕显示：

R0=0000R1=5555R2=…

采用单步和连续两种方式执行一段程序，查看结果，断电后发生什么情况？

答：

断电前，单步和连续结果一样；断电后，单步可以运行，但前后结果不一样，断电后，连续不可运行。

RAM芯片可直接用A命令键入程序，但断电会丢失，要再次调适该程序必须重新输入，对那些较长的程序或经常用到的程序可通过交叉汇编，在上位机生成代码文件，每次加电启动后不用重新输入，只需通过PCEC16将代码文件传送给下位机即可。

4、将扩展的ROM芯片插入标有“EXTROMH”和“EXTROML”的自锁紧插座，要注意芯片插入的方向，带有半圆形缺口的一方朝左插入。

如果芯片插入方向不对，会导致芯片烧毁，然后锁紧插座。

5、将扩展芯片下方的插针按下列方式短接：

将标有“/MWR”和“RD”的三个插针左面两个短接，将标有“/MWR”“/OE”“GND”的三个插针左边两个短接。

6、将扩展芯片上方标有EXTROMH和EXTROML的“/CS”信号用自锁紧线短接，然后短接到MEMDC138芯片的上方的标有“4000－5fff”地址单元。

注意：

标有/CS的圆孔针与标有MEM/CS的一排圆孔针中的任意一个都可以用导线相连；连接的地址范围是多少，用户可用的地址空间就是多少。

7、将标有“DataBus15-8”和“DataBus7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接。

8、将标有“DataBus15-8”和“AdressBus7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接。

下面以2764A为例，进行扩展EPROM实验。

9、EPROM是紫外线可擦除的电可改写的只读存储器芯片。

在对EPROM进行重写前必须先擦除并判断芯片是否为空，再通过编程器进行编程。

<1>将芯片0000~001F的内存单元的值置成0102030405060708090A0B0C0D0E0F101112131415161718191A1B1C1D1E1F

<2>将变成好的芯片插在扩展芯片的高位，低位不插，按上面的提示插好插针。

（1）用D命令看内存单元0000~001F的值。

可以看到内存单元的值为：

01FF02FF03FF04FF~~1FFF。

（2）用E命令向芯片内存单元置值，再用D命令查看，会发现原来的指没有改变；

（3）用A命令向芯片所在的地址渐入程序，用U命令反汇编，会发现地址保持原来的值。

该试验说明，EPOROM不能直接修改和编程，必须先擦除，再通过编程器编程。

（4）将教学其断电后重启，用D命令看内存单元的0000~001F的内容，会发现数值不变，EPROM的内容在断电后会保持。

000100020003000400050006000700080009000A……001E001F

10、AT28C64B的读操作和一般的RAM一样，而其写操作，需要一定的时间，大约为1毫秒。

因此，需要编写一延迟程序，在对EEPROM进行写操作时，调用该子程序，以完成正确的读写。

1）用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

<1>在命令行提示符状态下输入：

E5000↙

屏幕将显示：

5000内存单元原值：

按如下形式键入：

三、原值：

2424（按空格）原值：

3636（按空格）原值：

4848（按空格）原值：

5050↙

<2>在命令行提示符状态下输入：

D5000↙

屏幕将显示5000H—507FH内容单元的值，从5000开始的连续四个内存单元的值依次为2424363648485050.

<3>断电后重新启动，用D命令观察看内存单元5000—5003的值，会发现这四个单元的值没有发生改变，说明EEPROM的内容断电后可保存。

2）AT28C64B存储器不能直接用A命令出入程序，单字节的指令可能会写进去，双字节指令的低位会出错（建议试一试），可将编写好的程序用编程器写入片内；也可以将程序放到RAM（6116）中，调用延时子程序，访问AT28C64B中的内存地址。

下面给出的程序，在5000H—500FH单元中依次写入数据000H、0001H、…00FH。

从2000H单元开始输入主程序：

（2000）MVRDR0,0000

MVRDR2,0010；R2记录循环次数

MVRDR3,5000；R3的内容为16为内存地址

（2006）STRR[R3]，R0；将R0寄存器的内容放到