計算機組成原理實驗手冊

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上TEC-2000使用手冊教學(xué)機使用方法簡介摘要：一、設(shè)置左下方5個開關(guān)狀態(tài),確定實驗箱的工作模式二、選按RESET鍵，再按START鍵教學(xué)機開始工作教學(xué)機與PC機的互聯(lián)摘要：一、教學(xué)機和PC機通過RS-232串行口通信。二、教學(xué)機使用其固化在ROM上的監(jiān)控程序與PC機運行的仿真終端程序PCEC16通信。三、使用PCEC主要可完成以下功能1、通過PC機向教學(xué)機加載程序2、向監(jiān)控程序發(fā)送調(diào)試命令，使之控制程序在教學(xué)機中的運行，可令程序單步運行、連續(xù)運行等，控制方法參見監(jiān)控程序一節(jié)。仿真終端程序PCEC監(jiān)控程序PCEC與監(jiān)控程序的通信方法一、PCEC與監(jiān)控程序的通信1、PC

2、EC在接到串行口數(shù)據(jù)（8位）時的動作（教學(xué)機送來的）：將接收到的數(shù)據(jù)當(dāng)成ASCII碼，在屏幕上顯示對應(yīng)的字符。2、監(jiān)控程序在接到串行口數(shù)據(jù)時的動作（PC機上的PCEC送來的）：若接到的字符為A/U/G/T/R/E/D這7個監(jiān)控命令，則繼續(xù)接收命令的剩余字符，直到收到回車符，則接收一條完全的命令，接下來根據(jù)收到的命令做相應(yīng)的操作。例如，收到的是A命令，則繼續(xù)接收程序的機器碼，并將這些機器碼放到指定的內(nèi)存地址；若收到的是G命令，則跳去執(zhí)行用戶程序，直至執(zhí)行到用戶程序的RET指令，返回監(jiān)控程序繼續(xù)執(zhí)行；若是U命令，則將目標(biāo)地址的指令進行反匯編，將反匯編結(jié)果發(fā)送給PCEC顯示二、PCEC與教學(xué)機上的用

3、戶程序的通信1、用戶在PC機上（PCEC運行在前臺）按下鍵盤按鍵，該鍵的ASCII碼會被PCEC發(fā)送給教學(xué)機的串行通信控制器8251，8251將接收下來的ASCII碼存放在其數(shù)據(jù)輸入寄存器（端口號80H），用戶程序只要讀80H（IN 80H）端口，即可獲得PC按鍵的ASCII碼(R0低8位)。2、用戶程序若要在PC機的PCEC窗口顯示一個字符，只需將該字符的ASCII碼存放在R0的低8位，然后用OUT 80H將R0的值送到80H端口（8251的數(shù)據(jù)輸出寄存器端口號），則接下來8251會自動將該ASCII碼發(fā)給PCEC，PCEC收到ASCII碼后即會將其顯示在其窗口中。匯編編程在仿真終端下，使用

4、監(jiān)控程序提供的A命令逐行編程例1、例2、例3、小結(jié)一、每個程序最終必需以RET指令結(jié)束，使得程序結(jié)束后返回去運行監(jiān)控程序二、80H、81H兩端口分別是串行通信控制器8251的數(shù)據(jù)端口與狀態(tài)端口，對它們進行讀寫能達(dá)到以下功能1、讀80H端口（IN 80H），可使教學(xué)機監(jiān)控程序向PCEC讀取用戶在PC鍵盤上按下按鍵對應(yīng)的ASCII碼，存儲到R0寄存器2、寫80H端口(OUT 80H)，可使教學(xué)機監(jiān)控程序?qū)0的值發(fā)送給PCEC，PCEC將接收到的值當(dāng)做ASCII碼，將相應(yīng)字符顯示在PC機顯示器上3、讀狀態(tài)端口（IN 81H），可得到串行通信控制器8251的狀態(tài)字，其D0位用于指示數(shù)據(jù)是否發(fā)送就緒（

5、D0=1發(fā)送就緒），D1位用于指示數(shù)據(jù)是否接收就緒（D1=1接收就緒），這里的8251是教學(xué)機COM1對應(yīng)的那片8251，發(fā)送和接收指教學(xué)機的發(fā)送接收。串行通信控制器8251狀態(tài)寄存器的狀態(tài)位：使用匯編源程序編程摘要一、在PC機上用文本編輯器編寫教學(xué)機匯編源程序二、在PC機上用交叉匯編程序ASEC編譯教學(xué)機源程序，生成教學(xué)機可執(zhí)行代碼二、通過PCEC將教學(xué)機可執(zhí)行代碼加載到教學(xué)機內(nèi)存中交叉匯編程序教學(xué)機編程源文件格式示例例1、org 2000hmvrd r0,44hout 80hjr 2000hretend例2、ORG 2000HMVRD R2,0AHMVRD R0,30HOUT 80HDEC

6、 R2JRZ 200EHPUSH R0IN 81HSHR R0JRNC 2008HPOP R0INC R0JR 2004HRETEND教學(xué)機匯編編程小結(jié)1、可使用標(biāo)號做跳轉(zhuǎn)，標(biāo)號字符數(shù)不可太長（8位?）org 2000htest:mvrd r0,44hout 80hjr testretend2、可使用標(biāo)號指示子程序入口，標(biāo)號字符數(shù)不可太長（8位?）org 2000hmvrd r0,44hout 80hcalaxxretxx:push r0retendmvrd R14,1234horg 2000hmvrd r0,44hout 80h;將R0保存的ASCII字符顯示在PC機的屏幕上jr 2000h

7、retend教學(xué)機內(nèi)存空間用法：0000FFFFH：可尋址64K內(nèi)存地址空間，但其中只有部分的地址空間對應(yīng)物理存儲單元。00001FFFH:ROM（8K字*16位）,保存監(jiān)控程序200027FFH：RAM（2K字*16位）200025FFH：1.5K字260027FFH：0.5k字，監(jiān)控程序?qū)Ｓ脤嶒炓?、TEC-2000匯編語言程序設(shè)計實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)和了解TEC-2000十六位機監(jiān)控命令的用法；（參考實驗指導(dǎo)書P116）2學(xué)習(xí)和了解TEC-2000十六位機的指令系統(tǒng)；3學(xué)習(xí)TEC-2000十六位機匯編程序設(shè)計。實驗設(shè)備TEC-2000教學(xué)機和PC機各一臺實驗內(nèi)容1 熟悉教學(xué)機的組成，完成教學(xué)機與

8、PC機互聯(lián)（具體步驟見實驗參考）。2 熟悉監(jiān)控命令的使用（具體步驟見實驗參考）。3 匯編程序設(shè)計a) 設(shè)計一個小程序，從鍵盤上接收一個字符并在屏幕上輸出顯示該字符。b) 編程將Fibonacci數(shù)列的前20個數(shù)順序存放在主存地址為2200H2213H單元內(nèi)。c) 編程在屏幕上顯示Fibonacci數(shù)列的前20個數(shù)（顯示數(shù)值的二進制碼即可）。注意事項內(nèi)存：只能使用200027FF這個空間R:不用能R4,R5默認(rèn)數(shù)制是16進制0，1,逗號的ascii碼分別為30H,31H，2CH預(yù)習(xí)要求1熟悉教學(xué)機的基本指令集2實驗前仔細(xì)閱讀本文檔的“TEC2000使用手冊”3提交實驗預(yù)習(xí)報告，其中給出“實驗報告

9、格式”一四的內(nèi)容。實驗報告格式一、 實驗?zāi)康亩?實驗設(shè)備三、 實驗內(nèi)容四、 匯編程序設(shè)計：給出程序源代碼五、 實驗小結(jié)實驗參考一、教學(xué)機與PC機互聯(lián)1關(guān)閉電源，將TEC2000上的COMl口與PC機的串口相連；2接通電源，在PC機上運行PCEC.EXE文件，設(shè)置所用PC機的串口為“l(fā)”或“2”，其它的設(shè)置一般不用改動，直接回車即可；3置控制開關(guān)為00101（連續(xù)、內(nèi)存讀指令、組合邏輯、16位、聯(lián)機），開關(guān)撥向上方表示“1”，撥向下方表示“0”，“X”表示任意。其它實驗相同；4按一下“RESET”按鍵，再按一下“START”按鍵，主機上顯示：TEC-2000 CRT MONITORVersio

10、n 2.0 2001.10Computer Architecture Lab，Tsinghua UniversityCopyright Jason He>二、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，也可有個或數(shù)個空格主機顯示：寄存器原值：xxxx在后面輸入新的值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

11、 2000會顯示從2000H地址開始的連續(xù)120個字的內(nèi)容；連續(xù)使用不帶參數(shù)的D命令，起始地址會自動加120（即78H）。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 xxxx（地址單元的原有內(nèi)容）：（光標(biāo)在此閃爍等待輸入）輸入0000（提示快捷使用方法：用E命令連續(xù)修改內(nèi)存單元的值時，每修改完個，按一下空格鍵，系統(tǒng)會自動給出下一個內(nèi)存單元的值，等待修改；按回車鍵則退出E命令。）依次改變地址單元20012005的內(nèi)容為：1111 2222 3333 4444 5555用D命令顯示這幾個單元的內(nèi)容D 2000可以看到這六個地址單元的內(nèi)容變?yōu)?000 1111

12、2222 3333 4444 5555。4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)和進行運算，執(zhí)行程序并觀察運行結(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，AAAA ；MVRD與R0之間只有一個空格，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

13、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，將接著從上一次反匯編的最后一條語句之后繼續(xù)反匯編。3）用G命令運行前面剛鍵入的源程序G 2000程序運行結(jié)束后，觀察程序的運行結(jié)果，記錄寄存器R0和R1的值。R0=？R1=？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=？T寄存器R1=？T寄存器R0=？T寄存器R0=？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，則把每一個CALL語句連同被調(diào)用的子

14、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。實驗二、脫機運算器部件實驗實驗描述參見下圖的“6.2脫機運算器部件實驗”，對其做如下修改3.實驗內(nèi)容1)撥動開關(guān)置為1xx00（16位機）2)D1取為0101H，D2取為1010H實驗預(yù)習(xí)報告：填表6-1的ALU控制信號操作參考實驗三、 微程序控制器實驗?zāi)康耐ㄟ^設(shè)計一條指令的微程序，深入理解微程序控制器的工作原理。實驗設(shè)備運行TEC-2000模擬軟件的PC機。實驗內(nèi)容為TEC-2000新增一條指令，其功能為將兩個內(nèi)存單元的內(nèi)容相加，結(jié)果寫回其中一個內(nèi)存單元。預(yù)習(xí)要求1、說明上述指令的指

15、令格式并為其分配指令操作碼（不能與基本、擴展指令集中的任一指令操作碼相同）2、給出上述指令的執(zhí)行周期微程序編碼，并為其中的每一條微指令分配微地址3、說明實現(xiàn)上述指令應(yīng)修改MAPROM存儲單元的地址和值。實驗參考：一、教學(xué)計算機微程序控制器模擬程序使用說明運行“16位機微程序模擬程序.exe”，將出現(xiàn)圖2-1所示界面。圖2-1TEC-2000微程序模擬主界面界面的最左邊是功能區(qū)，設(shè)置了程序的主要功能按鈕，下面將介紹這些按鈕的功能和使用方法。中間部分是用戶程序區(qū)，用做調(diào)試的用戶程序?qū)⒃诔绦騾^(qū)中顯示，供調(diào)試過程中查看。右邊的上半部分是輸出窗口，可看成是TEC-2000教學(xué)計算機的顯示器，按下“顯示R

16、OMS內(nèi)容”按鈕后，將被切換為顯示各ROM的二進制數(shù)值。下半部分是模擬程序的輸出，主要包括當(dāng)前運行程序的指令字、程序狀態(tài)字、各通用寄存器的值，以及ALU的輸出結(jié)果，這些，可供用戶調(diào)試程序時觀察程序運行的結(jié)果。使用模擬程序主要是對用戶設(shè)計的微程序方案進行仿真運行，以檢驗方案的正確性。因此，首先要裝入用戶設(shè)計的微程序，它采用的是和真正要在硬件的控制存儲器上燒制的格式，即全部微程序方案由MAPROM、ROM1ROM7共8個二進制文件組成。這些文件可用UltraEdit軟件編寫，也可自行編制程序完成由文本格式到二進制數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換后生成。準(zhǔn)備好MAPROM、ROM1ROM7共8個二進制文件后，將它們存

17、放在一個文件目錄下。然后，按圖5-1中界面上的“導(dǎo)入各ROM文件”按鈕，在圖5-2所示界面上選定這8個文件（文件名必須按照上述名稱給定，并以.bin為文件后綴），按“打開”按鈕，將裝入用戶設(shè)計的微程序方案。以后的操作，均是對本方案的各種機器語言程序運行過程的模擬。圖5-2裝入微程序方案微程序方案裝入完成后，可點擊“顯示各ROMS內(nèi)容”按鈕，進行查看和檢查，如圖5-3所示。若發(fā)現(xiàn)錯誤，可直接在界面上修改。修改后注意按“Update”按鈕保存。圖5-3查看或修改微程序界面按“顯示輸出窗口”按鈕可返回主界面。為檢查、驗證微程序方案的正確性，需要對微程序?qū)崿F(xiàn)的指令系統(tǒng)中全部指令進行模擬運行，檢查運行結(jié)

18、果是否正確。這一過程可用簡單的機器語言程序來完成，如我們可以用如下程序來驗證MVRD、ADD及RET三條指令的正確性。MVRD R0, 0 MVRD R1, 1ADD R0, R1RET將指令系統(tǒng)中所有指令都驗證完后，可得到微程序方案基本設(shè)計正確的結(jié)論。此時，可嘗試進行加載監(jiān)控程序并運行，這樣，整個教學(xué)計算機將在用戶設(shè)計的微程序控制器的控制下運行。為方便用戶輸入程序，教學(xué)計算機模擬系統(tǒng)支持匯編語言（如用戶使用TEC-2000規(guī)定的基本指令集）、文本形式的二進制機器語言程序（對一些用戶自行擴展的指令，交叉匯編程序不能匯編，此時可采用這種方式）和純二進制機器指令程序（即真正的機器語言程序）。下面分

19、別介紹它們的使用過程。匯編語言程序是符號化的機器語言，與機器語言相比，更方便進行人機交流。通過“導(dǎo)入?yún)R編文件”按鈕或“文件”菜單項中的“導(dǎo)入?yún)R編文件”項，將匯編語言程序讀入到系統(tǒng)中，然后，再使用“交叉匯編”按鈕，對該匯編語言程序進行交叉匯編。此時，系統(tǒng)界面如圖5-4所示，可以對該匯編語言程序進行連續(xù)、單指令或單步驟執(zhí)行。圖5-4裝入?yún)R編語言程序并交叉匯編匯編語言程序雖然比較直觀，但受交叉匯編的限制，只能是使用TEC-2000的基本指令且是規(guī)定的操作碼。對用戶自行擴展的指令，或者是改變了指令的操作碼，則無法直接使用匯編語言程序，只能使用機器語言程序。機器語言程序一般應(yīng)是二進制格式，直接裝入到主存

20、儲器中運行，這樣，對用戶編寫程序就不是很方便，寫出0、1的代碼后，還要事先轉(zhuǎn)換成二進制格式才能裝入。為此，教學(xué)計算機模擬系統(tǒng)支持用戶用0、1代碼編寫的機器語言程序（文本形式），由模擬系統(tǒng)本身進行到二進制的轉(zhuǎn)換。例如，我們可以用下面的機器語言文本文件來替換前面的匯編語言程序。000000000010000000010000100000這些機器指令由前面的匯編語言程序?qū)?yīng)而來，使用的是TEC-2000缺省定義的操作碼。將這些內(nèi)容保存為文本文件后（以.txt）為后綴，選擇“文件”菜單項中的“導(dǎo)入機器指令的匯編文件”項，可將程序裝入到系統(tǒng)中。系統(tǒng)將自動完成該程序從文本文件到二進制機器指令的轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，

21、本系統(tǒng)也可直接裝入二進制機器指令運行，這可以將一些已經(jīng)是機器指令的程序直接裝入到系統(tǒng)中運行。程序在模擬系統(tǒng)中運行正確后，也可以用做在實際的教學(xué)計算機上，用來進行硬件調(diào)試（此類文件一般應(yīng)以.COD或.BIN作為后綴）。選擇“文件”菜單項中的“導(dǎo)入機器指令的匯編文件”項，可將程序裝入到系統(tǒng)中。需要說明的是，監(jiān)控程序也可以采用這種方式裝入。所有的指令均檢查無誤后，可以把監(jiān)控程序作為對微程序設(shè)計方案的一個總的測試對象。選擇“文件”菜單項中的“加載監(jiān)控程序”項，可將監(jiān)控程序裝入到系統(tǒng)中。程序裝入完成后，可使用“Reset”按鈕，啟動程序的運行。可用“連續(xù)執(zhí)行”按鈕將程序完整的執(zhí)行，也可使用“單指令執(zhí)行”

22、按鈕單獨執(zhí)行一條指令，還可以用“單步執(zhí)行”按鈕單獨執(zhí)行一個微操作?！皢沃噶顖?zhí)行”和“單步執(zhí)行”時，可通過觀察各輸出結(jié)果，判斷程序執(zhí)行的正確性。若不正確，可能是微程序設(shè)計方案有錯誤，可通過前面介紹的查看和修改微程序界面，修改微程序，再進行進一步的調(diào)試，直到程序能正常運行。最后，可通過運行監(jiān)控程序來進行較大規(guī)模的檢驗。二、微程序控制器指令擴展示例下面，以在現(xiàn)有TEC-2000教學(xué)計算機微程序控制器基礎(chǔ)上，擴展指令A(yù)DC DR，SR為例，說明實驗的步驟。（1）指令功能和格式的確定ADC DR，SR指令的功能是，將SR中的值用作源操作數(shù)、DR的值用作目的操作數(shù)，并把狀態(tài)寄存器中C標(biāo)志位的值作為最低位進位輸入完成求和運算，結(jié)果存入目的寄存器DR中，即DRDR+SR+C。指令格式可確定為操作碼（8位），DR（4位），SR（4位）。由于它的功能在取指之后可一步完成，我們把它歸為A組