太原理工大学13级硬件实验指导.docx
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太原理工大学13级硬件实验指导
计算机硬件技术基础
实验指导书
计算机科学与技术学院
软件学院
2015年3月
实验1汇编语言程序设计：
顺序程序实验（2学时）
一、实验目的
1．通过宏汇编（MASM）上机操作，使学生掌握汇编语言源程序的编辑、汇编、连接和执行的完整过程。
2．掌握汇编过程中各命令的作用及使用方法，了解汇编和连接的过程。
3．掌握8086/8088指令系统中已学指令的书写格式、功能及其作用。
4．结合实例程序掌握汇编语言程序上机过程，熟悉DEBUG程序中常用命令的使用。
二、实验内容与要求
1．预习汇编程序上机操作的全过程。
以下是MASM5环境中运行步骤：
（同学们也可以使用CV集成编译环境）
32位机运行过程：
编写一个汇编语言源程序如exp1.asm，放在MASM5文件夹下；
（1）在dos环境下，如：
d:
\masm\下输入命令：
edit
（2）打开编辑窗口
（3）输入如下原程序后保存文件，例如exp1.asm
（4）输入下列指令进行编译：
d:
\masm\masmexp1.asm回车，出现如下界面：
Microsoft（R）MacroAssmblerVersion5．00
Copyright（C）MicrosoftCorpl981--1985，1987．AHrightsreserved．
Objectfilename[exp1．obj]：
（回车）
SourceListing[NUL．LST]:
（回车）
Croesreferencs[NUL.CRF]:
（回车）
0WarningErrors0SeversErrors
检查错误，如结果为0错误0警告则编译成功，产生exp1.obj文件
（5）输入下列指令进行链接：
d:
\masm\linkexp1.obj回车，出现如下界面：
RunFile[exp1.EXE]：
（回车）
ListFILE[NUL.MAP]：
（回车）
Libraries[.LIB]：
（回车）
LINK：
warningL4021：
NoSTACKsegment
如结果为0错误0警告则链接成功，产生exp1.exe文件
64位机运行过程：
汇编编译器masm无法在64位下运行，在64位下使用masm编译器会提示不兼容，这时我们可以安装DOS虚拟机，即DOSBox。
（1）假设编译器在E:
\masm5，就是那个有masm.exe,debug.exe,link.exe的那个文件夹
（2）输入命令 mount C E:
\masm5 （把文件夹E:
\masm5当作虚拟机的C盘）
（3）然后输入 C：
（进入虚拟的C盘，其实就是E:
\masm5）
（4）之后就跟32位机上运行过程一样。
2．对已经汇编连接成功的可执行文件，使用DEBUG命令调试程序找出程序的断点，执行程序，显示有关寄存器、存储单元的内容，分析程序的结果。
输入下列指令进行调试：
d:
\masm\debugexp1.exe回车，出现如下界面：
-
输入对应指令可以得到相应的调试结果，指令列表如下：
-A汇编语句命令
-C储存器内容比较
-D显示储存器内容
-E修改储存器内容
-F修改储存块内容
-G按预选断点执行
-H十六进制加减计算
-I读\写输入字节
-L装入绝对文件或磁盘扇区
-M定义文件参数
-N定义文件参数
-O向端口port发出从指定地址开始的byte个字节数据
-Q结束调试程序
-R显示寄存器\标志位内容
-S对字符检索
-T执行和显示跟踪
-U反汇编命令
-W写文件或绝对磁盘扇区
三、实验用例
1.编制程序计算Z=X+Y，其中X、Y、Z均为字型无符号数。
参考源程序如下
DATASEGMENT
XDW10H
YDW20H
ZDW?
DATAENDS
CODESEGMENT
MAINPROCFAR
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
START:
PUSHDS
MOVAX,0
PUSHAX
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
MOVAX,X
ADDAX,Y
MOVZ,AX
RET
MAINENDP
CODEENDS
ENDSTART
（1）编辑源程序，汇编并连接之，若有错误则编辑修改并重新汇编、连接，形成EXE文件。
（2）分别用DEBUG调试程序中的T命令、D命令找到断点、运行程序、显示程序的运行结果。
四.实验内容与要求
1.编写程序计算Z=（A+B）-（C-D）,其中A=30H，B=20H，C=10H，D=05H均为字节单元无符号数。
2.设W、X、Y、Z、V均为16位字单元有符号数，编程计算W=（X*Y-50）/Z,将结果存入变量W,而余数存入变量W+2中。
（X为非零数，并假设X、Y、Z的值分别为50、20、10、15）
五、实验报告要求
1．在实验报告专用纸上填写实验名称、实验地点及实验目的与要求。
2．书写实验用例程序。
3．在每个汇编语言源程序后给出程序的调试过程和实验结果。
实验2汇编语言程序设计：
分支程序实验（2学时）
一、实验目的
1．通过分支程序设计实验，掌握无条件转移指令、条件转移指令的格式、功能及使用方法。
2．掌握分支程序的结构、单分支和多分支程序的设计方法。
二、实验内容与要求
要求学生按教师指定题目进行汇编语言程序设计，并上机调试，以实现较复杂的程序设计。
设计程序：
已知X、Y、Z、MAX为16位的带符号数，求三个数中最大值，结果存入MAX单元。
三、实验报告要求
1．在实验报告专用纸上填写实验名称、实验地点及实验目的、内容与要求。
2．学生编写的经过调试的汇编语言源程序及相应的程序框图。
3．给出程序的调试过程和实验结果。
实验3汇编语言程序设计：
循环程序实验（2学时）
一、实验目的
1．通过循环程序设计实验，掌握循环指令的功能及使用方法。
2．掌握循环程序的基本结构和控制循环的方法。
二、实验内容与要求
要求学生按教师指定题目进行汇编语言程序设计，并上机调试，以实现较复杂的程序设计。
设计程序：
求10个学生成绩中的最高成绩，结果存入MAX字节单元中，已知成绩为字节型。
三、实验报告要求
1．在实验报告专用纸上填写实验名称、实验地点及实验目的、内容与要求。
2．学生编写的经过调试的汇编语言源程序及相应的程序框图。
3．给出程序的调试过程和实验结果。
实验4汇编语言程序设计：
综合程序设计实验（2学时）
一、实验目的
1．通过较复杂的支程序设计、循环程序设计实验，掌握多种指令的功能及使用方法。
2．掌握通过DOS中断调用使用键盘和显示器的方法。
二、实验内容与要求
1.编写一个汇编程序，要求对键盘输入的大写字母用小写字母显示出来,键盘输入的小写字母用大写字母显示出来。
2.编写一个汇编程序，使得从键盘上输入十个以内的字符，以输入空格结束，然后按数字、字母和其它符号三类统计各自的个数，在屏幕上依次显示出统计结果。
完善下面的原程序
CODESEGMENT
MAINPROCFAR
ASSUMECS:
CODE
START:
PUSHDS
SUBAX,AX
PUSHAX
MOVBH，0；统计数字的个数
MOVBL，0；统计字母的个数
MOVDH，0；统计其它字符的个数
MOVCX，10
AA1：
CMPCX，0
JZSTOP；输入字符超过10个
MOVAH,1
INT21H；从键盘接收一个字符
CMPAL，20H
JZSTOP
CMPAL，’0’
JBCC1
CMPAL，’9’
JACC1
INCBH
自行写出比较是否为字母的情况
CC2：
INCDH
DECCX
STOP：
MOVDL，BH
MOVAH，02
INT21H
自行写出输出字母的个数
自行写出输出其它字符的个数
RET
Mainendp
Codeends
End
三、实验报告要求
1．在实验报告专用纸上填写实验名称、实验地点及实验目的、内容与要求。
2．学生编写的经过调试的汇编语言源程序。
3．在每个汇编语言源程序后给出程序的调试过程和实验结果。
实验5运算器实验
【实验目的与要求】
1．掌握运算器的组成、功能及工作原理；
2．验证由74LS181组成的16位ALU的功能，进一步验证带初始进位的ALU的功能；
3.熟悉运算器执行算术运算操作和逻辑运算操作的具体实现过程。
【实验设备和环境】
本实验使用EL-JY-II型计算机组成原理实验挂箱一组连接线。
【实验内容】
一．实验原理
算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位ALU，四片74LS181以串行方式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。
运算器的结构见图1-1：
图1-1运算器实验原理
74LS181功能见表1-1，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，汉字“加”表示算术加运算，汉字“减”表示算术减运算。
表1-174LS181功能表
选择
M=1
逻辑操作
M=0算术操作
S3S2S1S0
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
0000
F=/A
F=A
F=A加1
0001
F=/（A+B）
F=A+B
F=（A+B）加1
0010
F=/A*B
F=A+/B
F=（A+/B）加1
0011
F=0
F=－1
F=0
0100
F=/（A*B）
F=A加A*/B
F=A加A*/B加1
0101
F=/B
F=（A+B）加A*/B
F=（A+B）加A*/B加1
0110
F=（/A*B+A*/B）
F=A减B减1
F=A减B
0111
F=A*/B
F=A*/B减1
F=A*/B
1000
F=/A+B
F=A加A*B
F=A加A*B加1
1001
F=/（/A*B+A*/B）
F=A加B
F=A加B加1
1010
F=B
F=（A+/B）加A*B
F=（A+/B）加A*B加1
1011
F=A*B
F=A*B减1
F=A*B
1100
F=1
F=A加A
F=A加A加1
1101
F=A+/B
F=（A+B）加A
F=（A+B）加A加1
1110
F=A+B
F=（A+/B）加A
F=（A+/B）加A加1
1111
F=A
F=A减1
F=A
74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、M、Cn决定。
高电平方式的74LS181的管脚分配和引出端功能符号见图1-2。
图1-274LS181的管脚分配和引出端功能
二．实验步骤
1.实验连线
按图1-3接线图接线，连线时应注意：
为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
图1－3运算器实验接线图
2、通过数据输入电路的开关向两个数据暂存器中置数
注意：
为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1”状态（所对应的指示灯亮）。
本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0”。
本实验中ALU-G和C-G不能同时为0，否则造成总线冲突，损坏芯片！
故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。
（1）拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
置ALU-G＝1，关闭ALU的三态门；再置C-G=0：
打开数据输入电路的三态门；
（2）向数据暂存器LT1（U3、U4）中置数
1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；
2）置LDR1＝1：
使数据暂存器LT1（U3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：
使数据暂存器LT2（U5、U6）的控制信号无效；
3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。
（3）向数据暂存器LT2（U5、U6）中置数
1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值；
2）置LDR1＝0：
数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：
使数据暂存器LT2的控制信号有效。
3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。
4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。
（4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确
1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU的三态门；
2）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确；
3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。
3．验证74LS181的算术和逻辑功能
按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“X”和“Y”，在给定LT1和LT2的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入表1-2中，参考表1－1的功能，分析输出F值是否正确。
分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。
表1-2实验结果数据
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0（算术运算）
M=1（逻辑运算）
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
0000
F=
F=
F=
0001
F=
F=
F=
0010
F=
F=
F=
0011
F=
F=
F=
0100
F=
F=
F=
0101
F=
F=
F=
0110
F=
F=
F=
0111
F=
F=
F=
1000
F=
F=
F=
1001
F=
F=
F=
1010
F=
F=
F=
1011
F=
F=
F=
1100
F=
F=
F=
1101
F=
F=
F=
1110
F=
F=
F=
1111
F=
F=
F=
三.实验报告要求：
1、实验记录：
所有的运算结果，故障现象及排除经过；
2、谈谈本次实验的收获及想法。
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