2013-2014學(xué)年下學(xué)期計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年3月 計(jì)算機(jī)組成原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程名稱：計(jì)算機(jī)組成原理英文名稱：Principles of Computer Composition課程編號(hào)：課程性質(zhì)： 課程屬性：專業(yè)必修課實(shí)驗(yàn)教材或指導(dǎo)書類型：課程總學(xué)時(shí)： 60 學(xué)分：5 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：12 實(shí)驗(yàn)學(xué)分：1適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室名稱：計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室先修課程：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯一、 課程簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)中的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位和作用。學(xué)習(xí)本課程旨在使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件各子系統(tǒng)的組

2、成原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力有重要作用。該課程為今后學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、微機(jī)原理、計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)并行處理、計(jì)算機(jī)分布式處理技術(shù)、人工智能、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)等課程打好基礎(chǔ)。二、 實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)和目的通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)的工作原理，掌握ALU,組合邏輯控制器和微程序控制器等設(shè)計(jì)原理和方法，了解存儲(chǔ)器、外設(shè)接口等工作原理，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程打下基礎(chǔ)。三、 主要儀器設(shè)備TEC-XP16實(shí)驗(yàn)箱、安裝有軟件開發(fā)環(huán)境的PC四、 實(shí)驗(yàn)方式與基本要求該課程共6個(gè)實(shí)驗(yàn)，4個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、2個(gè)綜合性

3、實(shí)驗(yàn)。其中有5個(gè)實(shí)驗(yàn)是2個(gè)學(xué)生一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1個(gè)實(shí)驗(yàn)是4個(gè)學(xué)生一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由任課老師指導(dǎo)。五、 實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排具體實(shí)驗(yàn)和課時(shí)安排見下表。實(shí)驗(yàn)安排表序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)類型學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)者類別每組人數(shù)開設(shè)要求實(shí)驗(yàn)一基礎(chǔ)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)驗(yàn)證2本科生2必修實(shí)驗(yàn)二脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2本科生2必修實(shí)驗(yàn)三存儲(chǔ)器部件教學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2本科生2必修實(shí)驗(yàn)四I/O口擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2本科生4必修實(shí)驗(yàn)五中斷實(shí)驗(yàn)綜合2本科生2必修實(shí)驗(yàn)六微程序控制器實(shí)驗(yàn)綜合2本科生2必修六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一 基礎(chǔ)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 學(xué)習(xí)和了解TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控命令的用法；2. 學(xué)習(xí)和了解TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的指令系統(tǒng)

4、；3. 學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)匯編程序設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 學(xué)習(xí)聯(lián)機(jī)使用TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和仿真終端軟件PCEC；2. 學(xué)習(xí)使用WINDOWS界面的串口通訊軟件；3. 使用監(jiān)控程序的R命令顯示/修改寄存器內(nèi)容、D命令顯示存儲(chǔ)器內(nèi)容、E命令修改存儲(chǔ)器內(nèi)容；4. 使用A命令寫一小段匯編程序，U命令反匯編剛輸入的程序，用G命令連續(xù)運(yùn)行該程序，用T、P命令單步運(yùn)行并觀察程序單步執(zhí)行情況。要 求：在使用該教學(xué)機(jī)之前，應(yīng)先熟悉教學(xué)機(jī)的各個(gè)組成部分，及其使用方法。實(shí)驗(yàn)儀器：TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、PC機(jī)、PCEC軟件注意事項(xiàng)：1. 連接電源線和通訊線前TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

5、的電源開關(guān)一定要處于斷開狀態(tài)，否則可能會(huì)對(duì)TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的芯片和PC機(jī)的串口造成損害；2. 五個(gè)黑色控制開關(guān)的功能示意圖如下：?jiǎn)尾?手動(dòng)指令 組合邏輯 聯(lián)機(jī) 8位 上面 下面連續(xù) 內(nèi)存指令 微程序 脫機(jī) 16位3. 幾種常用的工作方式（開關(guān)撥到上方表示1，撥到下方表示0）工作方式5個(gè)撥動(dòng)開關(guān)連續(xù)運(yùn)行程序、組合邏輯控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)00110連續(xù)運(yùn)行程序、微程序控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)00010單步、手動(dòng)置指令、組合邏輯控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)11110單步、手動(dòng)置指令、微程序控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)1101016位機(jī)、脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)1XX00實(shí)驗(yàn)二 脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模荷钊肓私釧

6、M2901運(yùn)算器的功能與具體用法，4片AM2901的級(jí)連方式，深化運(yùn)算器部件的組成、設(shè)計(jì)、控制與使用等諸項(xiàng)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)：是指讓運(yùn)算器從教學(xué)計(jì)算機(jī)的整機(jī)中脫離出來，此時(shí)，他的全部控制與操作均需要通過兩個(gè)12位的微型開關(guān)來完成，這就談不上執(zhí)行指令，只能通過開關(guān)、按鍵控制教學(xué)機(jī)的運(yùn)算器完成指定的運(yùn)算功能，并通過指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果。要 求：1. 實(shí)驗(yàn)之前認(rèn)真預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，包括操作步驟，實(shí)驗(yàn)過程所用數(shù)據(jù)和運(yùn)行結(jié)果等，否則實(shí)驗(yàn)效率會(huì)很低，所學(xué)到的內(nèi)容也會(huì)大受影響；2. 實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，要仔細(xì)進(jìn)行，防止損壞設(shè)備，分析可能遇到的各種現(xiàn)象，判斷結(jié)果是否正確，記錄運(yùn)行結(jié)果；3. 實(shí)驗(yàn)之后，認(rèn)

7、真寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括對(duì)遇到的各種現(xiàn)象的分析，實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自己在這次實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)與收獲。實(shí)驗(yàn)儀器：TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、PC機(jī)、PCEC軟件注意事項(xiàng)：1. 連接電源線和通訊線前TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源開關(guān)一定要處于斷開狀態(tài)，否則可能會(huì)對(duì)TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的芯片和PC機(jī)的串口造成損害；2. 五個(gè)黑色控制開關(guān)的功能示意圖如下：?jiǎn)尾?手動(dòng)指令 組合邏輯 聯(lián)機(jī) 8位 上面 下面連續(xù) 內(nèi)存指令 微程序 脫機(jī) 16位實(shí)驗(yàn)三 存儲(chǔ)器部件教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^看懂教學(xué)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)使用的幾個(gè)存儲(chǔ)器芯片的邏輯連接關(guān)系和用于完成存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的幾個(gè)存儲(chǔ)器芯片的布線安排，在教學(xué)計(jì)算機(jī)上設(shè)

8、計(jì)、實(shí)現(xiàn)并調(diào)試出存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。其最終要達(dá)到的目的是：1. 深入理解計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的功能、組成知識(shí)；2. 深入地學(xué)懂靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片的讀寫原理和用他們組成教學(xué)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的方法（即字、位擴(kuò)展技術(shù)），控制其運(yùn)行的方式；3. 思考并對(duì)比靜態(tài)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片在特性和使用場(chǎng)合等方面的同異之處。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 要完成存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，需為擴(kuò)展存儲(chǔ)器選擇一個(gè)地址，并注意讀寫和OE等控制信號(hào)的正確狀態(tài)；2. 用監(jiān)控程序的D、E命令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫，比較RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）和EPROM（27系列芯片）在讀寫上的異同；3. 用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對(duì)RAM

9、（6116）進(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；4. 用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對(duì)擴(kuò)展存儲(chǔ)器EEPROM（28系列芯片）進(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；如不正確，分析原因，改寫程序，重新運(yùn)行。要 求：4. 實(shí)驗(yàn)之前認(rèn)真預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，包括操作步驟，實(shí)驗(yàn)過程所用數(shù)據(jù)和運(yùn)行結(jié)果等，否則實(shí)驗(yàn)效率會(huì)很低，所學(xué)到的內(nèi)容也會(huì)大受影響；5. 實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，要仔細(xì)進(jìn)行，防止損壞設(shè)備，分析可能遇到的各種現(xiàn)象，判斷結(jié)果是否正確，記錄運(yùn)行結(jié)果；6. 實(shí)驗(yàn)之后，認(rèn)真寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括對(duì)遇到的各種現(xiàn)象的分析，實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自己在這次實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)與收獲。實(shí)驗(yàn)儀器：TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、PC機(jī)

10、、PCEC軟件注意事項(xiàng)：1. 連接電源線和通訊線前TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源開關(guān)一定要處于斷開狀態(tài)，否則可能會(huì)對(duì)TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的芯片和PC機(jī)的串口造成損害；2. 五個(gè)黑色控制開關(guān)的功能示意圖如下：?jiǎn)尾?手動(dòng)指令 組合邏輯 聯(lián)機(jī) 8位 上面 下面連續(xù) 內(nèi)存指令 微程序 脫機(jī) 16位實(shí)驗(yàn)四 I/O口擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)串行口的正確設(shè)置與使用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 為擴(kuò)展I/O口選擇一個(gè)地址，即將與COM2口相連的8251的/CS與標(biāo)有I/O /CS的一排插孔中的一個(gè)相連；2. 將COM2口與終端或另一臺(tái)運(yùn)行有PCEC16的PC機(jī)的串口相連；3. 用監(jiān)控程序的A命令，編寫一段小程序，先初

11、始化COM2口，在向COM2口發(fā)送一些字符，也可以從COM2口接收一些字符，或?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)串口的通信。要 求：應(yīng)了解監(jiān)控程序的A命令只支持基本指令，擴(kuò)展指令應(yīng)用E命令將指令代碼寫入到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。實(shí)驗(yàn)儀器：TEC-XP16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、PC機(jī)、PCEC軟件注意事項(xiàng)：1. 連接電源線和通訊線前TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源開關(guān)一定要處于斷開狀態(tài)，否則可能會(huì)對(duì)TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的芯片和PC機(jī)的串口造成損害；2. 五個(gè)黑色控制開關(guān)的功能示意圖如下：?jiǎn)尾?手動(dòng)指令 組合邏輯 聯(lián)機(jī) 8位 上面 下面連續(xù) 內(nèi)存指令 微程序 脫機(jī) 16位實(shí)驗(yàn)五 中斷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)和掌握中斷產(chǎn)生、響應(yīng)、處理等技術(shù)

12、。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 擴(kuò)展中斷隱指令，為中斷隱指令分配節(jié)拍。中斷隱指令用到12個(gè)節(jié)拍，為了和一般指令相區(qū)別，應(yīng)將其節(jié)拍T3設(shè)計(jì)為1。注意：在擴(kuò)展中斷隱指令時(shí)要用到DC1、DC2的譯碼信號(hào)。2. 擴(kuò)展開中斷指令EI、關(guān)中斷指令DI、中斷返回指令I(lǐng)RET。3. 確定中斷向量表地址。中斷向量的高12位由開關(guān)確定為（0010 0100 0000）。三級(jí)中斷對(duì)應(yīng)的中斷向量為2404H、2408H、240CH。當(dāng)有中斷請(qǐng)求且被響應(yīng)后，將執(zhí)行存放在該中斷的中斷向量所指向的內(nèi)存區(qū)的指令。4. 填寫中斷向量表。在上述的2404H、2408H、240CH地址寫入三條JR轉(zhuǎn)移指令，JR指令的OFFSET是偏移量，其值是

13、要轉(zhuǎn)向的地址的值減去該條轉(zhuǎn)移指令的下一條指令的地址的值得到的，該值的范圍是-128-127之間。但在PCEC16中輸入時(shí)，用戶不需要計(jì)算偏移量，直接輸入要轉(zhuǎn)向的絕對(duì)地址即可。5. 編寫中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序可以放在中斷向量表之后，中斷服務(wù)程序可實(shí)現(xiàn)在程序正常運(yùn)行時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與優(yōu)先級(jí)相對(duì)應(yīng)的不同字符。6. 寫主程序?？删帉懸粋€(gè)死循環(huán)程序，要求先開中斷。要 求：1. 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)了解什么是中斷向量；2. 中斷隱指令不對(duì)應(yīng)特定指令代碼，因而不能用指令代碼來判斷是否為新指令，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，出了復(fù)位外，當(dāng)節(jié)拍T3=1時(shí)，認(rèn)為是擴(kuò)展指令。這樣在擴(kuò)展中斷隱指令時(shí)，節(jié)拍T3應(yīng)為1。實(shí)驗(yàn)儀器：TEC-X

14、P16教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、PC機(jī)、PCEC軟件注意事項(xiàng)：1. 連接電源線和通訊線前TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源開關(guān)一定要處于斷開狀態(tài)，否則可能會(huì)對(duì)TEC-XP16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的芯片和PC機(jī)的串口造成損害；2. 五個(gè)黑色控制開關(guān)的功能示意圖如下：?jiǎn)尾?手動(dòng)指令 組合邏輯 聯(lián)機(jī) 8位 上面 下面連續(xù) 內(nèi)存指令 微程序 脫機(jī) 16位實(shí)驗(yàn)六 微程序控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^看懂教學(xué)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)設(shè)計(jì)好并正常運(yùn)行的數(shù)條基本指令（例如，ADD、MVRR、OUT、MVRD、JR、RET等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程，然后自己設(shè)計(jì)幾條指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學(xué)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)、調(diào)試正確。其最終要達(dá)到的目的是：1.

15、 深入理解計(jì)算機(jī)微程序控制器的功能、組成知識(shí)；2. 深入地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)各類典型指令的執(zhí)行流程；3. 對(duì)指令格式、尋址方式、指令系統(tǒng)、指令分類等建立具體的總體概念；4. 學(xué)習(xí)微程序控制器的設(shè)計(jì)過程和相關(guān)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 完成控制器部件的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，主要內(nèi)容是由學(xué)生自己設(shè)計(jì)幾條指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學(xué)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)、調(diào)試正確。2. 首先是看懂TEC-XP教學(xué)計(jì)算機(jī)的功能部件組成和線路邏輯關(guān)系，然后分析教學(xué)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)設(shè)計(jì)好并正常運(yùn)行的幾條典型指令（例如，ADD、MVRR、OUT、MVRD、JRC、CALA、RET等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程，注意各操作功能所對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)的作用。3.

16、設(shè)計(jì)幾條指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學(xué)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)、調(diào)試正確。例如ADC、JRS、JRNS、LDRA、STAR、CALR等指令，可以從給出的19條擴(kuò)展指令中任意選擇，當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)其他的指令，包括原來已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基本指令（要變換為另外一個(gè)指令操作碼）或自己確定的指令。4. 單條運(yùn)行指令，查看指令的功能、格式和執(zhí)行流程。5. 用監(jiān)控程序的A、E（擴(kuò)展指令必須用E命令置入）命令編寫一段小程序，觀察運(yùn)行結(jié)果。要 求：1. 實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)認(rèn)真準(zhǔn)備，寫出實(shí)驗(yàn)步驟和具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容，否則實(shí)驗(yàn)效率會(huì)特別低，一次實(shí)驗(yàn)時(shí)間根本無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，即使基本做對(duì)了，也很難說學(xué)懂了些什么重要教學(xué)內(nèi)容；2. 應(yīng)在實(shí)

17、驗(yàn)前掌握所有控制信號(hào)的作用，在脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)中，已給出了與運(yùn)算器有關(guān)的控制信號(hào)的作用，16位機(jī)微程序控制器用到的控制信號(hào)的功能表可參見（TEC-XP教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)說明與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)）第三章的控制器部件和運(yùn)算器部件的相關(guān)內(nèi)容，需要注意的是中斷用到了DC23，在T3-T0=00010一拍DC23為1，其余節(jié)拍均為0；3. 實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，既不要因?yàn)榇中脑斐啥搪返仁鹿识鴵p壞設(shè)備，又要仔細(xì)思考實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，把自己想不太明白的問題通過實(shí)驗(yàn)理解清楚，爭(zhēng)取最好的實(shí)驗(yàn)效果，力求達(dá)到教學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要目的；4. 實(shí)驗(yàn)之后，應(yīng)認(rèn)真思考總結(jié)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)步驟和具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，遇到的主要問題和分析與解決問題的思路。大家應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，遇到一些問題是好事情，通過分析與解決這些問題，才提高了自己的工作能力，學(xué)習(xí)到