计算机组成原理实验手册TECWord文档下载推荐.docx

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例3、

小结

一、每个程序最终必需以RET指令结束，使得程序结束后返回去运行监控程序

二、80H、81H两端口分别是串行通信控制器8251的数据端口与状态端口，对它们进行读写能达到以下功能

1、读80H端口（IN80H），可使教学机监控程序向PCEC读取用户在PC键盘上按下按键对应的ASCII码，存储到R0寄存器

2、写80H端口（OUT80H），可使教学机监控程序将R0的值发送给PCEC，PCEC将接收到的值当做ASCII码，将相应字符显示在PC机显示器上

3、读状态端口（IN81H），可得到串行通信控制器8251的状态字，其D0位用于指示数据是否发送就绪（D0=1发送就绪），D1位用于指示数据是否接收就绪（D1=1接收就绪），这里的8251是教学机COM1对应的那片8251，发送和接收指教学机的发送接收。

串行通信控制器8251状态寄存器的状态位：

使用汇编源程序编程

摘要

一、在PC机上用文本编辑器编写教学机汇编源程序

二、在PC机上用交叉汇编程序ASEC编译教学机源程序，生成教学机可执行代码

二、通过PCEC将教学机可执行代码加载到教学机内存中

交叉汇编程序

教学机编程源文件格式示例

org2000h

mvrdr0,44h

out80h

jr2000h

ret

end

ORG2000H

MVRDR2,0AH

MVRDR0,30H

OUT80H

DECR2

JRZ200EH

PUSHR0

IN81H

SHRR0

JRNC2008H

POPR0

INCR0

JR2004H

RET

END

教学机汇编编程小结

1、可使用标号做跳转，标号字符数不可太长（8位?

）

test:

jrtest

2、可使用标号指示子程序入口，标号字符数不可太长（8位?

calaxx

…

xx:

pushr0

mvrdR14,1234h

out80h;

将R0保存的ASCII字符显示在PC机的屏幕上

教学机内存空间用法：

0000~FFFFH：

可寻址64K内存地址空间，但其中只有部分的地址空间对应物理存储单元。

0000~1FFFH:

ROM（8K字*16位）,保存监控程序

2000~27FFH：

RAM（2K字*16位）

2000~25FFH：

1.5K字

2600~27FFH：

0.5k字，监控程序专用

实验一、TEC-2000汇编语言程序设计

实验目的

1．学习和了解TEC-2000十六位机监控命令的用法；

（参考实验指导书P116）

2．学习和了解TEC-2000十六位机的指令系统；

3．学习TEC-2000十六位机汇编程序设计。

实验设备

TEC-2000教学机和PC机各一台

实验内容

1．熟悉教学机的组成，完成教学机与PC机互联（具体步骤见实验参考）。

2．熟悉监控命令的使用（具体步骤见实验参考）。

3．汇编程序设计

a）设计一个小程序，从键盘上接收一个字符并在屏幕上输出显示该字符。

b）编程将Fibonacci数列的前20个数顺序存放在主存地址为2200H~2213H单元内。

c）编程在屏幕上显示Fibonacci数列的前20个数（显示数值的二进制码即可）。

注意事项

内存：

只能使用2000~27FF这个空间

R:

不用能R4,R5

默认数制是16进制

0，1,逗号的ascii码分别为30H,31H，2CH

预习要求

1．熟悉教学机的基本指令集

2．实验前仔细阅读本文档的“TEC2000使用手册”

3．提交实验预习报告，其中给出“实验报告格式”一~四的内容。

实验报告格式

一、实验目的

二、实验设备

三、实验内容

四、汇编程序设计：

给出程序源代码

五、实验小结

实验参考

一、教学机与PC机互联

1．关闭电源，将TEC2000上的COMl口与PC机的串口相连；

2．接通电源，在PC机上运行PCEC.EXE文件，设置所用PC机的串口为“l”或“2”，其它的设置一般不用改动，直接回车即可；

3．置控制开关为00101（连续、内存读指令、组合逻辑、16位、联机），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”，“X”表示任意。

其它实验相同；

4．按一下“RESET”按键，再按一下“START”’按键，主机上显示：

TEC-2000CRTMONITOR

Version2.02001.10

ComputerArchitectureLab．，TsinghuaUniversity

CopyrightJasonHe

>

二、监控命令的使用

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，也可有—个或数个空格

主机显示：

寄存器原值：

xxxx

在后面输入新的值0036

再用R命令显示寄存器内容，则R0的内容变为0036。

2．用D命令显示存储器内容

在命令行提示符状态下输入：

D2000↙

会显示从2000H地址开始的连续120个字的内容；

连续使用不带参数的D命令，起始地址会自动加120（即78H）。

3．用E命令修改存储器内容

E2000↙

屏幕显示：

2000xxxx（地址单元的原有内容）：

（光标在此闪烁等待输入）

输入0000

（提示快捷使用方法：

用E命令连续修改内存单元的值时，每修改完—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。

依次改变地址单元2001~2005的内容为：

11112222333344445555

用D命令显示这几个单元的内容

可以看到这六个地址单元的内容变为000011112222333344445555。

4．用A命令键入一段汇编源程序，主要是向累加器送入数据和进行运算，执行程序并观察运行结果。

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：

MVRDR0，AAAA；

MVRD与R0之间只有一个空格，其他指令相同

2002：

MVRDR1，5555

2004：

ADDR0，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

U2000↙

在相应的地址会得到输入的指令及其操作码。

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

3）用G命令运行前面刚键入的源程序

G2000↙

程序运行结束后，观察程序的运行结果，记录寄存器R0和R1的值。

R0=？

R1=？

4）用P或T命令，单步执行这段程序，观察指令执行结果

T2000↙

寄存器R0=？

T↙

寄存器R1=？

用P命令执行过程同上。

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一次执行完成。

T、P命令每次执行后均显示所有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。

实验二、脱机运算器部件实验

实验描述参见下图的“6.2脱机运算器部件实验”，对其做如下修改

3.实验内容

1）拨动开关置为1xx00（16位机）

2）D1取为0101H，D2取为1010H

实验预习报告：

填表6-1的ALU控制信号

操作参考

实验三、微程序控制器

通过设计一条指令的微程序，深入理解微程序控制器的工作原理。

运行TEC-2000模拟软件的PC机。

为TEC-2000新增一条指令，其功能为将两个内存单元的内容相加，结果写回其中一个内存单元。

1、说明上述指令的指令格式并为其分配指令操作码（不能与基本、扩展指令集中的任一指令操作码相同）

2、给出上述指令的执行周期微程序编码，并为其中的每一条微指令分配微地址

3、说明实现上述指令应修改MAPROM存储单元的地址和值。

实验参考：

一、教学计算机微程序控制器模拟程序使用说明

运行“16位机微程序模拟程序.exe”，将出现图2-1所示界面。

图2-1TEC-2000微程序模拟主界面

界面的最左边是功能区，设置了程序的主要功能按钮，下面将介绍这些按钮的功能和使用方法。

中间部分是用户程序区，用做调试的用户程序将在程序区中显示，供调试过程中查看。

右边的上半部分是输出窗口，可看成是TEC-2000教学计算机的显示器，按下“显示ROMS内容”按钮后，将被切换为显示各ROM的二进制数值。

下半部分是模拟程序的输出，主要包括当前运行程序的指令字、程序状态字、各通用寄存器的值，以及ALU的输出结果，这些，可供用户调试程序时观察程序运行的结果。

使用模拟程序主要是对用户设计的微程序方案进行仿真运行，以检验方案的正确性。

因此，首先要装入用户设计的微程序，它采用的是和真正要在硬件的控制存储器上烧制的格式，即全部微程序方案由MAPROM、ROM1~ROM7共8个二进制文件组成。

这些文件可用UltraEdit软件编写，也可自行编制程序完成由文本格式到二进制数据格式的转换后生成。

准备好MAPROM、ROM1~ROM7共8个二进制文件后，将它们存放在一个文件目录下。

然后，按图5-1中界面上的“导入各ROM文件”按钮，在图5-2所示界面上选定这8个文件（文件名必须按照上述名称给定，并以.bin为文件后缀），按“打开”按钮，将装入用户设计的微程序方案。

以后的操作，均是对本方案的各种机器语言程序运行过程的模拟。

图5-2装入微程序方案

微程序方案装入完成后，可点击“显示各ROMS内容”按钮，进行查看和检查，如图5-3所示。

若发现错误，可直接在界面上修改。

修改后注意按“Update”按钮保存。

图5-3查看或修改微程序界面

按“显示输出窗口”按钮可返回主界面。

为检查、验证微程序方案的正确性，需要对微程序实现的指令系统中全部指令进行模拟运行，检查运行结果是否正确。

这一过程可用简单的机器语言程序来完成，如我们可以用如下程序来验证MVRD、ADD及RET三条指令的正确性。

MVRDR0,0

MVRDR1,1

ADDR0,R1

将指令系统中所有指令都验证完后，可得到微程序方案基本设计正确的结论。

此时，可尝试进行加载监控程序并运行，这样，整个教学计算机将在用户设计的微程序控制器的控制下运行。

为方便用户输入程序，教学计算机模拟系统支持汇编语言（如用户使用TEC-2000规定的基本指令集）、文本形式的二进制机器语言程序（对一些用户自行扩展的指令，交叉汇编程序不能汇编，此时可采用这种方式）和纯二进制机器指令程序（即真正的机器语言程序）。

下面分别介绍它们的使用过程。

汇编语言程序是符号化的机器语言，与机器语言相比，更方便进行人机交流。

通过“导入汇编文件”按钮或“文件”菜单项中的“导入汇编文件”项，将汇编语言程序读入到系统中，然后，再使用“交叉汇编”按钮，对该汇编语言程序进行交叉汇编。

此时，系统界面如图5-4所示，可以对该汇编语言程序进行连续、单指令或单步骤执行。

图5-4装入汇编语言程序并交叉汇编

汇编语言程序虽然比较直观，但受交叉汇编的限制，只能是使用TEC-2000的基本指令且是规定的操作码。

对用户自行扩展的指令，或者是改变了指令的操作码，则无法直接使用汇编语言程序，只能使用机器语言程序。

机器语言程序一般应是二进制格式，直接装入到主存储器中运行，这样，对用户编写程序就不是很方便，写出0、1的代码后，还要事先转换成二进制格式才能装入。

为此，教学计算机模拟系统支持用户用0、1代码编写的机器语言程序（文本形式），由模拟系统本身进行到二进制的转换。

例如，我们可以用下面的机器语言文本文件来替换前面的汇编语言程序。

1000100000000000

0000000000000000

1000100000010000

0000000000000001

1000111100000000

这些机器指令由前面的汇编语言程序对应而来，使用的是TEC-2000缺省定义的操作码。

将这些内容保存为文本文件后（以.txt）为后缀，选择“文件”菜单项中的“导入机器指令的汇编文件”项，可将程序装入到系统中。

系统将自动完成该程序从文本文件到二进制机器指令的转换。

当然，本系统也可直接装入二进制机器指令运行，这可以将一些已经是机器指令的程序直接装入到系统中运行。

程序在模拟系统中运行正确后，也可以用做在实际的教学计算机上，用来进行硬件调试（此类文件一般应以.COD或.BIN作为后缀）。

选择“文件”菜单项中的“导入机器指令的汇编文件”项，可将程序装入到系统中。

需要说明的是，监控程序也可以采用这种方式装入。

所有的指令均检查无误后，可以把监控程序作为对微程序设计方案的一个总的测试对象。

选择“文件”菜单项中的“加载监控程序”项，可将监控程序装入到系统中。

程序装入完成后，可使用“Reset”按钮，启动程序的运行。

可用“连续执行”按钮将程序完整的执行，也可使用“单指令执行”按钮单独执行一条指令，还可以用“单步执行”按钮单独执行一个微操作。

“单指令执行”和“单步执行”时，可通过观察各输出结果，判断程序执行的正确性。

若不正确，可能是微程序设计方案有错误，可通过前面介绍的查看和修改微程序界面，修改微程序，再进行进一步的调试，直到程序能正常运行。

最后，可通过运行监控程序来进行较大规模的检验。

二、微程序控制器指令扩展示例

下面，以在现有TEC-2000教学计算机微程序控制器基础上，扩展指令ADCDR，SR为例，说明实验的步骤。

（1）指令功能和格式的确定

ADCDR，SR指令的功能是，将SR中的值用作源操作数、DR的值用作目的操作数，并把状态寄存器中C标志位的值作为最低位进位输入完成求和运算，结果存入目的寄存器DR中，即DR←DR+SR+C。

指令格式可确定为操作码（8位），DR（4位），SR（4位）。

由于它的功能在取指之后可一步完成，我们把它归为A组指令，分配操作码为00100000。

指令寻址方式显然为寄存器寻址。

（2）指令步骤划分

与ADD指令类似，ADC指令也划分为以下3个步骤：

（i）AR←PC

（ii）读主存，IR←读出内容

PC←PC+1

（iii）DR←DR+SR+C，保存状态信息

结束，检测中断请求，无中断请求，进入下一条指令的执行过程。

（3）给出每个步骤的控制信号

我们发现，上面的（i）（ii）两步都可借用原有微程序的段，只有（iii）的控制信号需要设计。

根据教学计算机的要求，各部件要求的控制信号设计如下：

CI3~0SCC3~00MRW0I2~0SAI8~6SBI5~3B口A口0SSTSSHSCIDC2DC1

001100000100000110111000000000000001001000000000

另外，（iii）结束后，将和其他指令一样，转到检测中断请求的操作，所以，该条微指令的下地址字段值应为00110000（也就是16进制的30）。

（4）将设计好的微程序段加入到原有微程序中

首先，应确定该段微程序的微地址，我们可以选择一个原有微程序中没有使用的微地址如50，来存放该段微程序。

具体的操作步骤是，启动模拟程序后，先导入只有基本指令的ROM文件，进入显示ROMS内容窗口，在该窗口输入微地址50，按“查找”按钮后，在对应栏目中输入上面设计的微程序控制信号，输入完成后，按“update”按钮修改。

注意：

因为我们给ADC设计的操作码是20，还需要修改地址为20的MPROM单元的内容，向该单元写入50。

如希望保存设计结果，可按“生成新文件”按钮保存。

此处的数字均为16进制的数。

（5）检查并调试设计方案

设计一段汇编语言程序，包含有ADC指令。

装入到模拟程序中运行调试，通过观察寄存器状态，检查设计正确与否