計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)TECXP學(xué)生實(shí)驗(yàn)講義郝尚富

1、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)（面向信息科學(xué)與工程學(xué)院各本科專業(yè)）主編： 郝尚富實(shí)驗(yàn)講義河北北方學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院2010.11目 錄實(shí)驗(yàn)一 基礎(chǔ)匯編語言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)二 脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 存儲器部件教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 微程序控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 I/O口擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六 中斷實(shí)驗(yàn)附錄一：教學(xué)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖附錄二 TEC-XP 16 系統(tǒng)各功能部件之間的連接關(guān)系和信息傳送路徑附錄三 TEC-XP 16 系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)簡明操作卡附錄四 指令匯總表附錄五 基本指令執(zhí)行流程框圖附錄六 擴(kuò)展指令執(zhí)行流程框圖附錄七 微程序表實(shí)驗(yàn)一 基礎(chǔ)匯編語言程序設(shè)計(jì)1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 學(xué)習(xí)和了解TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控命令的用法；2

2、 學(xué)習(xí)和了解TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的指令系統(tǒng)；3 學(xué)習(xí)簡單的TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)匯編程序設(shè)計(jì)；1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1 學(xué)習(xí)聯(lián)機(jī)使用TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和仿真終端軟件PCEC.2 使用監(jiān)控程序的R命令顯示/修改寄存器內(nèi)容、D命令顯示存儲器內(nèi)容、E命令修改存儲器內(nèi)容；3 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；1.3 實(shí)驗(yàn)步驟 完成TEC-XP教學(xué)計(jì)算機(jī)與PC機(jī)的硬件連接：1 將TEC-XP放在實(shí)驗(yàn)臺上，打開實(shí)驗(yàn)箱的蓋子，確定電源處于斷開狀態(tài)；2 將黑色的電源線一端接220V交流電源，另一端插在TEC-XP實(shí)

3、驗(yàn)箱的電源插座里；3 取出通訊線，將通訊線的9芯插頭接在TEC-XP實(shí)驗(yàn)箱上的串口1上，另一端接到PC機(jī)的“COM1”或“COM2”（建議用COM2）串口上；4 將TEC-XP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)左下方的五個(gè)黑色的控制機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)置于正確的位置，在找個(gè)實(shí)驗(yàn)中開關(guān)應(yīng)置為00110（連續(xù)、內(nèi)存讀指令、組合邏輯（或微程序）、聯(lián)機(jī)、16位）。5 撥動教學(xué)計(jì)算機(jī)右側(cè)面的船形開關(guān)打開電源，船形開關(guān)和5V電源指示燈亮。特別注意：連接電源線和通訊線前TEC-XP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源開關(guān)一定要處于斷開狀態(tài)，否則可能會對TEC-XP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的芯片和PC機(jī)的串口造成損害。 實(shí)現(xiàn)仿真終端軟件與教學(xué)計(jì)算機(jī)的聯(lián)接。1. 打開PC機(jī)

4、電源啟動計(jì)算機(jī)；2. 雙擊桌面上的PCEC16圖標(biāo)，出現(xiàn)如下圖所示的界面：3. 系統(tǒng)默認(rèn)選擇串口1，用戶可根據(jù)實(shí)際情況選擇串口1或是串口2（這里的串口指的是和TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連的PC機(jī)的串口），按回車后出現(xiàn)如圖界面：4. 圖中是系統(tǒng)設(shè)定的一些傳輸參數(shù)，建議用戶不要改動，直接回車。按一下教學(xué)計(jì)算機(jī)上的“RESET”按鈕放開后再按一下“START”按鈕，出現(xiàn)界面如圖所示：5. 此時(shí)表明TEC-XP機(jī)器聯(lián)機(jī)通訊正常。1.3.3實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1. 連接電源線和通訊線前TEC-XP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源開關(guān)一定要處于斷開狀態(tài)，否則可能會對TEC-XP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

5、色控制開關(guān)的功能示意圖如下：單步 手動置指令 組合邏輯 聯(lián)機(jī) 8位 上面 下面連續(xù) 從內(nèi)存讀指令 微程序 脫機(jī) 16位3.幾種常用的工作方式（開關(guān)撥到上方表示為1，撥到下方為0；）工作方式5個(gè)撥動開關(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、手動置指令、組合邏輯控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)11110單步、手動置指令、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)1XX001.3.4 監(jiān)控命令的使用：1 用R命令查看寄存器內(nèi)容或修改寄存器的內(nèi)容1） 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：R ；顯示寄存器的內(nèi)容注：寄存器的內(nèi)容在運(yùn)

6、行程序或執(zhí)行命令后會發(fā)生變化。2） 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：R R0 ；修改寄存器R0的內(nèi)容，被修改的寄存器與所賦值之間可以無空格,也可有一個(gè)或數(shù)個(gè)空格主機(jī)顯示:寄存器原值:_在該提示符下輸入新的值0036再用R命令顯示寄存器內(nèi)容，則R0的內(nèi)容變?yōu)?036。2 用D命令顯示存儲器內(nèi)容在命令行提示符狀態(tài)下輸入：D 2000 會顯示從2000H地址開始的連續(xù)128個(gè)字的內(nèi)容；連續(xù)使用不帶參數(shù)的D命令，起始地址會自動加128（即80H）。3. 用E命令修改存儲器內(nèi)容在命令行提示符狀態(tài)下輸入：E 2000屏幕顯示:2000 地址單元的原有內(nèi)容:光標(biāo)閃爍等待輸入輸入 0000依次改變地址單元20012

7、005的內(nèi)容為:1111 2222 3333 4444 5555注意：用E命令連續(xù)修改內(nèi)存單元的值時(shí)，每修改完一個(gè)，按一下空格鍵，系統(tǒng)會自動給出下一個(gè)內(nèi)存單元的值，等待修改；按回車鍵則退出E命令。 4 用D命令顯示這幾個(gè)單元的內(nèi)容D 2000可以看到這六個(gè)地址單元的內(nèi)容變?yōu)?000 1111 2222 3333 4444 5555。5. 用A命令鍵入一段匯編源程序，主要是向累加器送入數(shù)據(jù)和進(jìn)行運(yùn)算，執(zhí)行程序并觀察運(yùn)行結(jié)果。1） 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2000；表示該程序從2000H（內(nèi)存RAM區(qū)的起始地址）地址開始屏幕將顯示：2000：輸入如下形式的程序：2000: MVRD R0，A

8、AAA ；MVRD與R0之間有且只有一個(gè)空格，其他指令相同2002: MVRD R1，55552004: ADD R0，R12005: AND R0，R12006: RET；程序的最后一個(gè)語句，必須為RET指令2007:（直接敲回車鍵，結(jié)束A命令輸入程序的操作過程）若輸入有誤，系統(tǒng)會給出提示并顯示出錯地址，用戶只需在該地址重新輸入正確的指令即可。2） 用U命令反匯編剛輸入的程序在命令行提示符狀態(tài)下輸入：U 2000 （在相應(yīng)的地址處會得到輸入的指令及其操作碼）注：連續(xù)使用不帶參數(shù)的U命令時(shí)，將從上一次反匯編的最后一條語句之后接著繼續(xù)反匯編。3） 用G命令運(yùn)行前面鍵入的源程序G 2000程序運(yùn)行

9、結(jié)束后，可以看到程序的運(yùn)行結(jié)果，屏幕顯示各寄存器的值，其中R0和R1的值均為5555H，說明程序運(yùn)行正確。4） 用P或T命令，單步執(zhí)行這段程序，觀察指令執(zhí)行結(jié)果在命令行提示符狀態(tài)下輸入：T 2000寄存器R0被賦值為AAAAHT寄存器R1被賦值為5555HT做加法運(yùn)算，和放在R0，R0的值變?yōu)镕FFFHT做與運(yùn)算，結(jié)果放在R0，R0的值變?yōu)?555H用P命令執(zhí)行過程同上。注：T總是執(zhí)行單條指令，但執(zhí)行P命令時(shí)，則把每一個(gè)CALL語句連同被調(diào)用的子程序一次執(zhí)行完成。T、P命令每次執(zhí)行后均顯示所有通用寄存器及狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，并反匯編出下一條將要執(zhí)行的指令。 TEC-XP教學(xué)機(jī)指令系統(tǒng)TEC-XP

10、教學(xué)機(jī)實(shí)現(xiàn)了29條基本指令，用于編寫教學(xué)機(jī)的監(jiān)控程序和支持簡單的匯編語言程序設(shè)計(jì)。同時(shí)保留了19條擴(kuò)展指令，供學(xué)生在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中完成對這些指令的設(shè)計(jì)與調(diào)試。按照指令的功能和它們的執(zhí)行步驟，可以把該機(jī)的指令劃分為如下4組。A組：基本指令A(yù)DD、SUB、AND、OR、XOR、CMP、TEST、MVRR、DEC、INC、SHL、SHR、JR、JRC、JRNC、JRZ、JRNZ；擴(kuò)展指令A(yù)DC、SBB、RCL、RCR、ASR、NOT、CLC、STC、EI、DI、JRS、JRNS、JMPRB組：基本指令JMPA、LDRR、STRR、PUSH、POP、PUSHF、POPF、MVRD、IN、OUT、RETC組

11、：擴(kuò)展指令CALR、LDRA、STRA、LDRX、STRXD組：基本指令CALA；擴(kuò)展指令I(lǐng)RET教學(xué)機(jī)的指令格式支持單字和雙字指令，第一個(gè)指令字的高8位是指令操作碼字段，低8位和雙字指令的第二個(gè)指令字是操作數(shù)、地址字段，分別有3種用法，如下圖所示。操作碼DRSRIO端口地址 / 相對偏移量（OFFSET）立即數(shù) / 直接內(nèi)存地址 / 變址偏移量這8位指令操作碼（記作“IR15IR8”），含義如下：1 IR15、IR14用于區(qū)分指令組：0X表示A組，10表示B組，11表示C、D組；C、D組的區(qū)分還要用IR11，IR11=0為C組，IR11=1為D組。2 IR13用于區(qū)分基本指令和擴(kuò)展指令：基本

12、指令該位為0，擴(kuò)展指令該位為1；3 IR12用于簡化控制器實(shí)現(xiàn)，其值恒為0；4 IR11IR8用于區(qū)分同一指令組中的不同指令。教學(xué)機(jī)的指令根據(jù)指令字長、操作數(shù)不同可劃分為如下6種指令格式：1 單字、無操作數(shù)指令：格式：操作碼0000 0000基本指令：PSHF；狀態(tài)標(biāo)志（C、Z、V、S、P1、P0）入棧POPF；彈出棧頂數(shù)據(jù)送狀態(tài)標(biāo)志寄存器RET ；子程序返回?cái)U(kuò)展指令：CLC ；清進(jìn)位標(biāo)志位C=0STC；置進(jìn)位標(biāo)志位C=1EI；開中斷，置中斷允許位INTE=1DI；關(guān)中斷，置中斷允許位INTE=0IRET；中斷返回2 單字、單操作數(shù)指令：格式：操作碼DR 00000000 SROFFSETI/

13、O PORT基本指令：DECDR；DRDR-1INCDR；DRDR+1SHLDR；DR邏輯左移，最低位補(bǔ)0，最高位移入CSHRDR；DR邏輯右移，最高位補(bǔ)0，最低位移入CJROFFSET；無條件跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRCOFFSET；當(dāng)C=1時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRNCOFFSET；當(dāng)C=0時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRZOFFSET；當(dāng)Z=1時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRNZOFFSET；當(dāng)Z=0時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETINI/O PORT；R0I/O PORT，從外設(shè)I/

14、O PORT端口讀入數(shù)據(jù)到R0OUTI/O PORT；I/O PORTR0，將R0中的數(shù)據(jù)寫入外設(shè)I/O PORT端口PUSHSR；SR入棧POPDR；彈出棧頂數(shù)據(jù)送DR擴(kuò)展指令：RCLDR；DR與C循環(huán)左移，C移入最低位，最高位移入CRCRDR；DR與C循環(huán)右移，C移入最高位，最低位移入CASRDR；DR算術(shù)右移，最高位保持不變，最低位移入CNOTDR；DR求反，即DR/DRJMPRSR；無條件跳轉(zhuǎn)到SR指向的地址CALRSR；調(diào)用SR指向的子程序JRSOFFSET；當(dāng)S=1時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRNSOFFSET；當(dāng)S=0時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OF

15、FSET3 單字、雙操作數(shù)指令：格式：操作碼DRSR基本指令：ADDDR，SR；DRDR+SRSUBDR，SR；DRDR-SRANDDR，SR；DRDR and SRCMPDR，SR；DR-SRXORDR，SR；DRDR xor SRTESTDR，SR；DR and SRORDR，SR；DRDR or SRMVRRDR，SR；DRSRLDRRDR，SR；DRSRSTRRDR，SR；DRSR擴(kuò)展指令：ADCDR，SR；DRDR+SR+CSBBDR，SR；DRDR-SR-C4 雙字、單操作數(shù)指令：格式：操作碼0000 0000ADR基本指令：JMPAADR；無條件跳轉(zhuǎn)到地址ADRCALAADR；調(diào)

16、用首地址在ADR的子程序5 雙字、雙操作數(shù)指令：格式1：操作碼DR 0000 0000 SRDATA基本指令：MVRDDR，DATA；DRDATA擴(kuò)展指令：LDRADR，ADR；DRADRSTRAADR，SR；ADRSR格式2：操作碼DRSRADR擴(kuò)展指令：LDRXDR，OFFSETSR；DROFFSET+SRSTRXDR，OFFSETSR；OFFSET+SRDR例1:設(shè)計(jì)一個(gè)小程序, 用次數(shù)控制在終端屏幕上輸出0到9十個(gè)數(shù)字符。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2020 屏幕將顯示： 2020：從地址2020H開始輸入下列程序:2020:MVRD R2,00OA；送入輸出字符個(gè)數(shù)2022:MV

17、RD R0,0030；“0”字符的ASCII碼送寄存器R02024:OUT 80；輸出保存在R0低位字節(jié)的字符2025:DEC R2；輸出字符個(gè)數(shù)減12026:JRZ 202E；判10個(gè)字符輸出完否,已完，則轉(zhuǎn)到程序結(jié)束處2027:PUSH R0；未完，保存R0的值到堆棧中2028:IN 81；查詢接口狀態(tài)，判字符串行輸出完成否,2029:SHR R0；202A:JRNC 2028；未完成, 則循環(huán)等待 202B:POP R0；已完成, 準(zhǔn)備輸出下一字符并從堆?；謴?fù)R0的值202C:INC R0；得到下一個(gè)要輸出的字符202D:JR 2024；轉(zhuǎn)去輸出字符202E:RET202F： 用“G”命

18、令運(yùn)行程序在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G 2020執(zhí)行結(jié)果為：0123456789思考題:1.若把IN 81, SHR R0, JRNC 2028三個(gè)語句換成4個(gè)MVRR R0，R0語句, 該程序執(zhí)行過程會出現(xiàn)什么現(xiàn)象? 試分析并實(shí)際執(zhí)行一次。2. 若要求在終端屏幕上輸出A到Z共26個(gè)英文字母，應(yīng)如何修改程序? 請驗(yàn)證之。例2：從鍵盤上連續(xù)打入多個(gè)屬于0到9的數(shù)字符并在屏幕上顯示, 遇到非數(shù)字字符結(jié)束輸入過程。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2040屏幕將顯示：2040：從地址 2040H 開始輸入下列程序:（2040）MVRD R2,0030 ； 用于判數(shù)字符的下界值MVRD R3,0039

19、； 用于判數(shù)字符的上界值(2044) IN 81 ； 判鍵盤上是否按了一個(gè)鍵,SHR R0 ； 即串行口是否有了輸入的字符SHR R0JRNC 2044 ； 沒有輸入則循環(huán)測試IN 80 ； 輸入字符到 R0MVRD R1,00FFAND R0,R1 ； 清零 R0的高位字節(jié)內(nèi)容CMP R0,R2 ； 判輸入字符字符0否JRNC 2053 ； 為否, 則轉(zhuǎn)到程序結(jié)束處CMP R3,R0 ； 判輸入字符字符9否JRNC 2053 ； 為否, 則轉(zhuǎn)到程序結(jié)束處OUT 80 ； 輸出剛輸入的數(shù)字符JMPA 2044 ； 轉(zhuǎn)去程序前邊 2044 處等待輸入下一個(gè)字符(2053) RET 在命令行提示符

20、狀態(tài)下輸入：G 2040光標(biāo)閃爍等待鍵盤輸入，若輸入 0-9 十個(gè)數(shù)字符，則在屏幕上回顯；若輸入非數(shù)字符，則屏幕不再顯示該字符，出現(xiàn)命令提示符，等待新命令。思考題, 本程序中為什么不必判別串行口輸出完成否? 設(shè)計(jì)打入AZ和09的程序, 遇到其它字符結(jié)束輸入過程。例3：計(jì)算 1到 10的累加和。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2060屏幕將顯示：2060：從地址 2060H 開始輸入下列程序：（2060）MVRD R1,0000 ； 置累加和的初值為 0MVRD R2,00OA ； 最大的加數(shù)MVRD R3,0000(2066) INC R3 ； 得到下一個(gè)參加累加的數(shù)ADD R1,R3 ； 累

21、加計(jì)算CMP R3,R2 ； 判是否累加完JRNZ 2066 ； 未完, 開始下一輪累加RET 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G 2060運(yùn)行過后, 可以用 R命令觀察累加器的內(nèi)容。R1的內(nèi)容為累加和。結(jié)果為：R1=0037 R2=00OA R3=00OA例4：設(shè)計(jì)一個(gè)程序在顯示器上循環(huán)顯示95個(gè)（包括空格字符）可打印字符。在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 20A0屏幕將顯示：20A0：從地址20A0H開始輸入下列程序：A 20A0 ；從內(nèi)存的20A0單元開始建立用戶的第一個(gè)程序20A0: MVRD R1,7E ；向寄存器傳送立即數(shù)20A2: MVRD R0,20 ；20A4: OUT 80 ；通過串

22、行接口輸出R0低位字節(jié)內(nèi)容到顯示器屏幕20A5: PUSH R0 ；保存R0寄存器的內(nèi)容到堆棧中20A6: IN 81 ；讀串行接口的狀態(tài)寄存器的內(nèi)容20A7: SHR R0 ；R0寄存器的內(nèi)容右移一位，最低位的值移入標(biāo)志位C20A8: JRNC 20A6 ；條件轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)標(biāo)志位C不是1時(shí)轉(zhuǎn)到20A6地址20A9: POP R0 ；從堆棧中恢復(fù)R0寄存器的原內(nèi)容20AA: CMP R0,R1 ；比較兩個(gè)寄存器的內(nèi)容是否相同，相同則標(biāo)志位Z=120AB: JRZ 20A0 ；條件轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)標(biāo)志位Z為1時(shí)轉(zhuǎn)到20A0地址20AC: INC R0 ；把R0寄存器的內(nèi)容增加120AE: JR 20

23、A4 ；無條件轉(zhuǎn)移指令，一定轉(zhuǎn)移到20A4地址20AF: RET ；子程序返回指令,程序結(jié)束 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G 20A0運(yùn)行過后, 可以觀察到顯示器上會顯示出所有可打印的字符。實(shí)驗(yàn)二 脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康纳钊肓私釧M2901運(yùn)算器的功能與具體用法，4片AM2901的級連方式，深化運(yùn)算器部件的組成、設(shè)計(jì)、控制與使用等知識。2.2 實(shí)驗(yàn)說明脫機(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)整機(jī)中脫離出來，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。下面先把前邊講過的、與該實(shí)驗(yàn)直接有關(guān)的結(jié)論性內(nèi)容匯總?cè)缦隆?. 12位微型開關(guān)的具體控制功能分配如下：

24、A口、B口地址：送給AM2901器件用于選擇源與目的操作數(shù)的寄存器編號；I8-I0：選擇操作數(shù)來源、運(yùn)算操作功能、選擇操作數(shù)處理結(jié)果和運(yùn)算器輸出內(nèi)容的3組3位的控制碼；SCi、SSH和SST：用于確定運(yùn)算器最低位的進(jìn)位輸入、移位信號的入/出和怎樣處理AM2901產(chǎn)生的狀態(tài)標(biāo)志位的結(jié)果。2.開關(guān)位置說明：做脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)時(shí)，要用到提供24位控制信號的微動開關(guān)和提供16位數(shù)據(jù)的撥動開關(guān)。微動開關(guān)是紅色的，一個(gè)微動開關(guān)可以提供12位的控制信號，標(biāo)有micro switch 1和micro switch 2；數(shù)據(jù)開關(guān)是黑色的，左邊的標(biāo)有SWH的是高8位，右邊的標(biāo)有SWL的是低8位。微動開關(guān)與控制信號對

25、應(yīng)關(guān)系見表(由左到右)：Micro switch 1Micro switch 2I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSH SCIB PORTA PORT脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)的環(huán)境圖：TEC-XP16 系統(tǒng)脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)微型開關(guān)各字段的控制功能表：運(yùn)算器組成線路和信息連接關(guān)系圖：2.3 實(shí)驗(yàn)步驟1 將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)撥動開關(guān)置為1XX00（單步、16位、脫機(jī)）；先按一下“RESET”按鍵，再按一下“START”按鍵，進(jìn)行初始化。2 按下表所列的操作在機(jī)器上進(jìn)行運(yùn)算器脫機(jī)實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果填入表中：其中D1取為0101H，D2取為1010H；通過兩個(gè)12位的紅色微型開關(guān)向運(yùn)算器提供控制信號，通過16位數(shù)據(jù)

26、開關(guān)向運(yùn)算器提供數(shù)據(jù)，通過指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果及狀態(tài)標(biāo)志。 運(yùn)算I8-I0SSTSSHSCiBA壓START前壓START后ALU輸出CZVSALU輸出CZVS*D1+0-R001100011100100000000不用0101隨機(jī)01010000*D2+0-R101100011100100000001不用1010000010100000R0+R1-R00110000010010000000000011111000021210000RO-R1-R001100100100100010000000101010000F0F11000R1-R0-R10110010010010001000100000F0

27、F10000E0E1000R0R1-R00110110010010000000100000F0F10000F0F1000R0R1-R00111000010010000000000010101100001011000R0R1-R00111100010010000000000010E0E100001011000(R0R1)-R0011111001001000000000001FEFE10000E0E10012*R0-R011100001100100000000不用FEFE1001FDFC0001R0/2-R010100001100100000000不用FDFC00017EFE0001注：用*標(biāo)記的

28、運(yùn)算，表示D1、D2的數(shù)據(jù)是由撥動開關(guān)SW給出的，開關(guān)給的是二進(jìn)制的信號，注意二進(jìn)制和十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換。按“START”按鍵之前，ALU輸出的是計(jì)算結(jié)果，參照ALU的操作周期的時(shí)序可知A、B口數(shù)據(jù)鎖存是在時(shí)鐘的下降沿，通用寄存器的接收是在低電平，所以要想寄存器接收ALU的計(jì)算結(jié)果必須按一次“START”按鍵。實(shí)驗(yàn)三 存儲器部件教學(xué)實(shí)驗(yàn)3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.深入理解計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲器的功能、組成知識；2深入地學(xué)懂靜態(tài)存儲器芯片的讀寫原理和用他們組成教學(xué)計(jì)算機(jī)存儲器系統(tǒng)的方法（即字、位擴(kuò)展技術(shù)），控制其運(yùn)行的方式；3.2 實(shí)驗(yàn)說明教學(xué)計(jì)算機(jī)存儲器系統(tǒng)由ROM和RAM兩個(gè)存儲區(qū)組成，分別由EPROM芯片（

29、或EEPROM芯片）和RAM芯片構(gòu)成。TEC-XP教學(xué)計(jì)算機(jī)中還安排了另外幾個(gè)存儲器器件插座，可以插上相應(yīng)存儲器芯片以完成存儲器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，為此必須比較清楚地了解：1 TEC-XP教學(xué)機(jī)的存儲器系統(tǒng)的總體組成及其連接關(guān)系；2 TEC-XP教學(xué)機(jī)的有關(guān)存儲器芯片、I/O接口芯片的片選信號控制和讀寫命令的給出和具體使用辦法；3 RAM和EPROM、EEPROM存儲器芯片在讀寫控制、寫入時(shí)間等方面的同異之處，并正確建立連線關(guān)系和在程序中完成正確的讀寫過程；4 如何在TEC-XP教學(xué)機(jī)中使用擴(kuò)展的存儲器空間并檢查其運(yùn)行的正確性。3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 要完成存儲器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，需為擴(kuò)展存儲器

30、選擇一個(gè)地址，并注意讀寫和OE等控制信號的正確狀態(tài)；2 用監(jiān)控程序的D、E命令對存儲器進(jìn)行讀寫，比較RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）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RAM（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，對擴(kuò)展存儲器EEPROM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；內(nèi)存儲器和串行接口電路圖：3.4 實(shí)驗(yàn)步驟1 檢查FPGA下方的插針要按下列要求短接：標(biāo)有“/MWR”“RD”的插針左邊兩個(gè)短接，標(biāo)有“/MRD”“GND”的插針右邊兩個(gè)短接，標(biāo)有R

31、OMLCS和RAMLCS的插針短接。2 RAM（6116）支持即時(shí)讀寫，可直接用A、E命令向擴(kuò)展的存儲器輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。RAM中的內(nèi)容在斷電后會消失，重新啟動實(shí)驗(yàn)機(jī)后會發(fā)現(xiàn)內(nèi)存單元的值發(fā)生了改變。1用E命令改變內(nèi)存單元的值并用D命令觀察結(jié)果。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：E 2020 屏幕將顯示： 2020 內(nèi)存單元原值:按如下形式鍵入： 2020 原值：2222 （空格）原值：3333（空格）原值：4444（空格）原值：5555 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：D 2020 屏幕將顯示從2020內(nèi)存單元開始的值，其中2020H2023H的值為：2222 3333 4444 5555 斷電

32、后重新啟動教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，用D命令觀察內(nèi)存單元20202023的值。會發(fā)現(xiàn)原來置入到這幾個(gè)內(nèi)存單元的值已經(jīng)改變，用戶在使用RAM時(shí)，必須每次斷電重啟后都要重新輸入程序或修改內(nèi)存單元的值。2 用A命令輸入一段程序，執(zhí)行并觀察結(jié)果。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2000 屏幕將顯示： 2000：按如下形式鍵入：2000： MVRD R0，AAAA2002： MVRD R1，55552004： AND R0，R12005： RET2006： 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：T 2000 R0的值變?yōu)锳AAAH，其余寄存器的值不變。TR1的值變?yōu)?555H，其余寄存器的值不變。TR0的值變?yōu)?000H，其余寄

33、存器的值不變。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G 2000運(yùn)行輸入的程序 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：R 屏幕顯示：R0=0000 R1=5555 R2=RAM芯片可直接用A命令鍵入程序，但斷電會丟失，要再次調(diào)試該程序必須重新輸入，對較長的程序或經(jīng)常用到的程序可通過交叉匯編，在上位機(jī)生成代碼文件，每次加電啟動后不用重新輸入，只需通過PCEC16將代碼文件傳送給下位機(jī)即可。3 將擴(kuò)展的ROM芯片（27或28系列或28的替代產(chǎn)品58C65芯片）插入標(biāo)有“EXTROMH”和“EXTROML”的自鎖緊插座，要注意芯片插入的方向，帶有半圓形缺口的一方朝左插入。如果芯片插入方向不對，導(dǎo)致芯片燒毀。然后鎖緊插座。

34、4 將擴(kuò)展芯片右邊的插針按下列方式短接：將EXTROML芯片右上方的標(biāo)有“WE”和“A11”的插針下面兩個(gè)短接，將它右邊標(biāo)有“TEC”“/CS”“FPGA”的三個(gè)插針左邊兩個(gè)短接，標(biāo)有XTROMLCS的插針短接，標(biāo)有“TEC”“OE”“GND”“ FPGA”的四個(gè)插針上邊一排左邊的兩個(gè)短接；5 在第四步中用戶可以將右側(cè)標(biāo)有“TEC”“/CS”“FPGA”的三個(gè)插針左邊兩個(gè)短接這表示擴(kuò)展的ROM的內(nèi)存地址是從4000H開始，可用空間是4000H5FFFH，用戶可在這個(gè)范圍內(nèi)輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。也可以將這個(gè)插針斷開，將標(biāo)有/CS的圓孔針與標(biāo)有MEM /CS的一排圓孔針中的任意一個(gè)用導(dǎo)線相連

35、；注意連接的地址范圍是多少，用戶可用的地址空間就是多少。 下面以AT28C64B（或其替代產(chǎn)品58C65芯片）為例，進(jìn)行擴(kuò)展EEPROM實(shí)驗(yàn)。6 AT28C64B的讀操作和一般的RAM一樣，而其寫操作，需要一定的時(shí)間，大約為1毫秒。因此，需要編寫一延遲子程序，在對EEPROM進(jìn)行寫操作時(shí)，調(diào)用該子程序，以完成正確的讀寫。1） 用E命令改變內(nèi)存單元的值并用D命令觀察結(jié)果。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：E 5000 屏幕將顯示： 5000 內(nèi)存單元原值：按如下形式鍵入：5000 原值：2424（空格）原值：3636（空格）原值：4848（空格）原值：5050 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：D 5000

36、屏幕將顯示5000H507FH內(nèi)存單元的值，從5000開始的連續(xù)四個(gè)內(nèi)存單元的值依次為2424 3636 4848 5050。 斷電后重新啟動，用D命令察看內(nèi)存單元50005003的值，會發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)單元的值沒有發(fā)生改變，說明EEPROM的內(nèi)容斷電后可保存。2） AT28C64B存儲器不能直接用A命令輸入程序，單字節(jié)的指令可能會寫進(jìn)去，雙字節(jié)指令的低位會出錯（建議試一試），可將編寫好的程序用編程器寫入片內(nèi)；也可將程序放到RAM（6116）中，調(diào)用延時(shí)子程序，訪問AT28C64B中的內(nèi)存地址。下面給出的程序，在5000H500FH單元中依次寫入數(shù)據(jù)0000H、0001H、.000FH。從2000H

37、單元開始輸入主程序：（2000）MVRD R0，0000MVRD R2，0010 ；R2記錄循環(huán)次數(shù)MVRD R3，5000 ；R3的內(nèi)容為16位內(nèi)存地址（2006）STRR R3，R0 ；將R0寄存器的內(nèi)容放到R3給出的內(nèi)存單元中CALA 2200 ；調(diào)用程序地址為2200的延時(shí)子程序INC R0 ；R0加1INC R3 ；R3加1DEC R2 ；R2減1JRNZ 2006 ；R2不為0跳轉(zhuǎn)到2006HRET從2200H單元開始輸入延時(shí)子程序： （2200）PUSH R3MVRD R3，F(xiàn)FFF（2203）DEC R3JRNZ 2203POP R3RET運(yùn)行主程序，在命令提示符下輸入：G 2

38、000。程序執(zhí)行結(jié)束后，在命令提示符下輸入：D 5000；可看到從5000H開始的內(nèi)存單元的值變?yōu)?000：0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 00075008：0008 0009 000A 000B 000C 000D 000E 000F。思考：1）為何能用E命令直接寫AT28C64B的存儲單元，而A命令則有時(shí)不正確；2）修改延時(shí)子程序，將其延時(shí)改短，可將延時(shí)子程序中R3的內(nèi)容賦成00FF或0FFF等，再看運(yùn)行結(jié)果。注意：實(shí)驗(yàn)完成后，取下擴(kuò)展芯片，斷開地址和數(shù)據(jù)總線的短路子，將FPGA下方的標(biāo)有“/MWR”“RD”的插針改成右邊兩個(gè)短接實(shí)驗(yàn)四 微程序控制器實(shí)

39、驗(yàn)4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.深入理解計(jì)算機(jī)微程序控制器的功能、組成知識；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)。4.2 實(shí)驗(yàn)說明控制器設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)總體組成和設(shè)計(jì)的最重要的部分。要在TEC-XP教學(xué)計(jì)算機(jī)完成這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，必須比較清楚地懂得：1 TEC-XP教學(xué)機(jī)的微程序控制器主要由微程序定序器AM2910、產(chǎn)生當(dāng)前微地址和下地址的微控存和MACH器件組成；2 TEC-XP教學(xué)機(jī)上已實(shí)現(xiàn)的全部基本指令和留給用戶實(shí)現(xiàn)的19條擴(kuò)展指令的控制信號都是由微控存和MACH給出的。3 應(yīng)了解監(jiān)控程序的A

40、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)的存儲單元中；不能用T、P命令單步調(diào)試擴(kuò)展指令，只能用G命令執(zhí)行擴(kuò)展指令。4 要明白TEC-XP教學(xué)機(jī)支持的指令格式及指令執(zhí)行流程分組情況；理解TEC-XP教學(xué)機(jī)中已經(jīng)設(shè)計(jì)好并正常運(yùn)行的各類指令的功能、格式和執(zhí)行流程，也包括控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的具體線路和控制信號的組成。4.3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、M

41、VRR、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應(yīng)的控制信號的作用。3.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)其它的指令，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。教學(xué)機(jī)計(jì)算機(jī)控制器的總體組成電路圖：4.4實(shí)驗(yàn)步驟1 接通教學(xué)機(jī)

42、電源；2 將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)撥動開關(guān)置為11010（單步、手動置指令、微程序、聯(lián)機(jī)、16位）；3 按一下“RESET”按鍵；4 通過16位的數(shù)據(jù)開關(guān)SWH、SWL置入指令操作碼；5 在單步方式下，通過指示燈觀察各類基本指令的微碼。1 選擇基本指令的A 組指令中的ADD指令，觀察其節(jié)拍流程1 置撥動開關(guān)SW=00000000 00000001；（表示指令A(yù)DD R0，R1 ）2 按RESET按鍵； 指示燈Microp亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其它燈全滅；3 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址和下址的指示燈全滅；（本拍完成公共操作

43、0PC、DI#=0）4 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0001，下址的指示燈全滅；（本拍完成公共操作PCAR、PC+1PC）5 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0010，下址的指示燈全滅；（本拍完成公共操作MEMIR）6 以上三步為公共操作，其它指令同；7 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0010 0000，微址指示燈顯示0000 0011，下址的指示燈顯示0000 0100；（本拍完成/MAP操作功能）8 按START鍵； 指示燈CI30、SC

44、C30顯示 0011 0000，微址指示燈顯示0000 0100，下址的指示燈顯示0011 0000 (本拍執(zhí)行ADD指令，DRDR+SR操作)。9 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0010，微址指示燈顯示0011 0000，下址的指示燈顯示0011 1010；（本拍完成STRQ、CC#=INT#公共操作功能）10 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0000，微址指示燈顯示0011 0001，下址的指示燈顯示0000 0010；（本拍完成PCAR、PC+1PC、CC#=0的公共操作功能） 2 選擇基本指令的B 組指令中的MVRD指令，觀

45、察其節(jié)拍流程1 置撥動開關(guān)SW=10001000 00000000；（表示指令MVRD ）2 按RESET按鍵； 指示燈Microp亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其它燈全滅；3 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址和下址的指示燈全滅；4 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0001，下址的指示燈全滅；5 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0010，下址的指示燈全滅；6 以上三步為公共操作，其它指令同。7 按STAR

46、T按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0010 0000，微址指示燈顯示0000 0011，下址的指示燈顯示0001 1101；8 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0000，微址指示燈顯示0001 1101，下址的指示燈顯示0001 1100；（本拍完成PCAR、PC+1PC、CC#=0操作）9 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0000，微址指示燈顯示0001 1100，下址的指示燈顯示0011 0000；（本拍完成MEMDR、CC#=0操作）10 按START鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0010，微址指示燈顯

47、示0011 0000，下址的指示燈顯示0011 1010；（本拍完成STRQ、CC#=INT#操作）11 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0000，微址指示燈顯示0011 0001，下址的指示燈顯示0000 0010；（本拍完成PCAR、PC+1PC、CC#=0的公共操作功能）3 選擇基本指令的D 組指令中的CALA指令，觀察其節(jié)拍流程1 置撥動開關(guān)SW=11001110 00000000；（表示指令CALA ）2 按RESET按鍵； 指示燈Microp亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其它燈全滅；3 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30

48、顯示 1110 0000，微址和下址的指示燈全滅；4 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0001，下址的指示燈全滅；5 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0010，下址的指示燈全滅；6 以上三步為公共操作，其它指令同。7 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0010 0000，微址指示燈顯示0000 0011，下址的指示燈顯示0001 1111；8 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0001 1111，下

49、址的指示燈顯示0000 0000；（本拍完成PCAR、PC+1PC操作）9 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0010 0000，下址的指示燈顯示0000 0000；（本拍完成MEMQ操作）10 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0010 0001，下址的指示燈顯示0000 0000；（本拍 完成SP-1SP、AR操作）11 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0000， 微址指示燈顯示0010 0010，下址的指示燈顯示0011 0000；（本拍完成PCMEM、Q

50、PC、CC#=0操作）12 按START鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0010，微址指示燈顯示0011 0000，下址的指示燈顯示0011 1010；（本拍完成STRQ、CC#=INT#操作）13 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0000，微址指示燈顯示0011 0001，下址的指示燈顯示0000 0010；（本拍完成PCAR、PC+1PC、CC#=0操作）6. 在單步方式下，通過指示燈觀察各類擴(kuò)展指令的微碼。1 選擇擴(kuò)展指令的A 組指令中的ADC指令，觀察其節(jié)拍流程1 置撥動開關(guān)SW=00100000 00000000；（表示指令A(yù)DC ）2

51、按RESET按鍵； 指示燈Microp亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其它燈全滅；3 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址和下址的指示燈全滅；4 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0001，下址的指示燈全滅；5 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 1110 0000，微址指示燈顯示0000 0010，下址的指示燈全滅；6 以上三步為公共操作，其它指令同。7 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0010 0000，微址指示燈顯示0000 0011，下址的指示燈顯示0101 0000；8 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0000，微址指示燈顯示0101 0000，下址的指示燈顯示0011 0000；（本拍完成DR+SR+CFDR操作）9 按START按鍵； 指示燈CI30、SCC30顯示 0011 0