計算機(jī)的組成原理實驗報告冊

1、實驗一監(jiān)控程序與匯編實驗實驗時間：第周星期年月日節(jié)實驗室：實驗臺：以上局部由學(xué)生填寫，如有遺漏，后果由學(xué)生本人自負(fù)1、實驗?zāi)康?了解教學(xué)計算機(jī)的指令格式、指令編碼、選擇的尋址方式和具體功能。2了解匯編語言的語句與機(jī)器語言的指令之間的對應(yīng)關(guān)系，學(xué)習(xí)用匯編語言設(shè)計程序的過程和方法。3學(xué)習(xí)教學(xué)機(jī)監(jiān)控程序的功能、監(jiān)控命令的使用方法，體會軟件系統(tǒng)在計算機(jī)組成中的地位和作用。2、實驗平臺硬件平臺：清華大學(xué)TEC-XP實驗箱的MACH局部軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.exePC端指令集仿真軟件3、實驗要求1學(xué)習(xí)聯(lián)機(jī)使用TEC-XP教學(xué)實驗系統(tǒng)和仿真終端軟件PCEC16.;2使用監(jiān)控程序的R命令顯示/修改存

2、放器內(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，使用U命令觀察匯編碼與機(jī)器碼之間的關(guān)系，用G命令連續(xù)運行1程序，用T命令單步運行并觀察程序單步執(zhí)行情況。*代碼不得寫到00001FFF的地址單元中，如有違反將被取消當(dāng)堂成績4、操作步驟及實驗內(nèi)容1實驗箱功能開關(guān)設(shè)置及聯(lián)機(jī)操作：.將實3箱COM1與PC機(jī)相連；.設(shè)置功能狀態(tài)開關(guān)為00110;.于PC端運行Pcec16.exe.按RESET,START鍵，假設(shè)PC端出現(xiàn)如下輸出如圖1.1所示，那么操作成Ite-2000CRTMONITORUersion2,82661.IdComputerArchitecturLab

3、.TsinghuaUniversityCnpyxiyhtJasonHe圖1.12仿真軟件相關(guān)操作:1.在工程文件夾找到tec2ksim.exe并啟動;圖2.12.點擊文件-啟動監(jiān)控程序；圖2.24.假設(shè)PC端出現(xiàn)如下輸出如圖 2.3所示，那么操作成功;TEC-2000CRTMONITORVersion2.02001.10ComputerArchitecturLb.,TsinghuaUniversityCopyrightJasonHu?圖2.33理解以下監(jiān)控命令功能：A、U、G、R、E、D、TA命令：完成指令匯編操作，把產(chǎn)生的指令代碼放入對應(yīng)的內(nèi)存單元中，可連續(xù)輸入。不輸入指令直接回車，那么完畢

4、A命令如圖3.1所示；A20002000:MVRDR0.AAAA2002:MVRDRI,55552004:ADDRO,RI2005：ANDR0,RI2006:RET2007:U命令：從相應(yīng)的地址反匯編15條指令，并將結(jié)果顯示在終端屏幕上如圖3.2所示；555 11 0-000-000-0005RR RRRRRRRRRRyJ, 9 J,33,J o1 o o oooooooooo RR艮M RRRRR艮RRRR2000;8800AAAA2002:881055552004:00012005:02012006：8F002007;00002008;00002009:0000200A:0000200B:

5、0000200C:00002 gD;00002 OOE;00002 OOF:00002010：0000U 2000D DDDTDDDDDDDDDD ADEANIREADADAnAD陽加ADADADAD圖3.2注：連續(xù)使用不帶參數(shù)的U命令時，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。G命令：從指定或默認(rèn)的地址運行一個用戶程序如圖3.3所示；02000R0=5555R1=5555R2=0000R3-0000SP=2780PC-2R9=0000RL0=0000R11R000R12=0000R13=0000RI4=2圖3.3R命令：顯示、修改存放器內(nèi)容，當(dāng)R命令不帶參數(shù)時，顯示全部存放器和狀態(tài)

6、存放器的值如圖3.4所示；)RR0S555：-llll)KR0=llllRI=5555RZ=WO。R3R000帛F=2780PC=2R9=0000KI0=0000Rll=0000R12=0000RI3=0000RI4-22000:8800AAAAMVR口AAAAE命令：從指定或默認(rèn)地址逐字顯示每個內(nèi)存字的內(nèi)容，并等待用戶打入一個新的數(shù)值存回原內(nèi)存單元如圖3.5所示；E20002000$800：圖3.5D命令：從指定或默認(rèn)地址開場顯示內(nèi)存120個存儲字的內(nèi)容如圖3.6所示；20008800AAM鴕1。555500012008000000000000000000002010000000000000

7、000000002018OD00oooo000。0000oooo20200000000000000000000020280000000000000000000020300000000000000000000020380000000000000000000020400000000001300000000002048ooooooooOOOCI0000oooo20500000000000000000000020580000000000000000000020500000COD0。00oooo0000206800000000000000000000207000000000000000000000D 2

8、000圖3.6loooooooooooooo 000 0-00000000000 200000000000000 oooooooooooooooOOOOOODOOOOOOOO OOOOOOOOO0OOOOO FOOOOOOOOOOOOOO 500000000000000T命令：從指定地址或當(dāng)前地址開場單條指令方式執(zhí)行用戶程序如圖3.7所示；T2000RO-AAAAR1=5555R2-0000R3-00003PFC-2R9=0000El3=0000fill=0000良12=0000R13=0000R14二22002:92105555MVRDRL,5555圖3.74編程中不能隨意使用的存放器及他們

9、分別表示什么含義：R4:R4是操作系統(tǒng)的棧頂指針，指向堆棧的頂部；R5:R5是程序存放器，里面的值總是指向當(dāng)前程序運行點的地址；5根據(jù)所學(xué)知識編寫：從鍵盤輸入一個數(shù)字，那么計算該值到10的累加和，結(jié)果存入；.通過A命令編寫程序強(qiáng)烈建議同學(xué)們自己思考編程，不要直接照搬代碼,A20002000:IN812001:SHE艮0200Z:SHERO2003：JRKC20002004:IN832005：OUT502005:MVEDRL00OF2008:ANDRARI2009:MVEDRI,000A200B:MVKDR2,00002cleID:ADE艮幻R。20OE;INCRO2OOF:CMPRQRI201

10、0:JRNZZOOA2011:ADER2,RI2012:RET2013;圖5.1.通過G命令運行程序;G20001EO=OOOARI=000AR2=0037R3=0000SP=PC=2CRgOOOORLDOOOORI10000R12=0。0口RI30000R14=2E圖5.2我們看到R2的值為37十六進(jìn)制，程序運行成功。實驗二脫機(jī)運算器實驗實驗時間：第周星期年月日節(jié)實驗室：實驗臺：以上局部由學(xué)生填寫，如有遺漏，后果由學(xué)生本人自負(fù)1、實驗?zāi)康?理解運算器芯片Am2901的功能和內(nèi)部組成，運行中使用的控制信號及各自的控制作用；2理解4片Am2901構(gòu)成16位運算器的具體方案，各數(shù)據(jù)位信號、各控制位

11、信號的連接關(guān)系；3使用24位微型開關(guān)中的23位控制信號確定運算與處理功能。2、實驗平臺硬件平臺：清華大學(xué)TEC-XP實驗箱的AM2901運算器局部軟件平臺：PC端脫機(jī)運算器仿真程序3、實驗要求1了解TEC-XP運算器根本組件2901的工作原理；2了解TEC-XP實驗箱是如何使用4片2901構(gòu)成16位運算器；3了解并掌握24位控制開關(guān)相應(yīng)的序列所實現(xiàn)的控制功能；4基于以上所學(xué)完成ppt最后要求的實驗內(nèi)容控制信號表格。4、操作步驟及實驗內(nèi)容1）實驗方式功能開關(guān)設(shè)置為：1XX002）運算器芯片為，該芯片為幾位的芯片：Am29014片4位芯片3）運算器四個標(biāo)志位C、Z、V、S分別為什么含義：C:進(jìn)位標(biāo)

12、志位，C=1時表示有進(jìn)位Z:零標(biāo)志位，Z=1時表示運算結(jié)果為0V:溢出標(biāo)志位，V=1時表示溢出S：符號標(biāo)志位，S=1時表示為負(fù)4完成表格中操作，寫出每部操作對應(yīng)的指令，觀察每部操作與控制信號的關(guān)系:短胃IS-IOSSTSSHSCiBAJKSTART前l(fā)iSTART后ALU輸出CZVSALU輸出CZVS01100011100100000000不用0101隨機(jī)01010000*D2+C-R101100011100100oo0001不用:1010oooo10100000ROR1-RO01100000100100oo000000011111000021210000ROR1-RO011001001001

13、0001000。00010101ooooF0F11000R1-RO-K1()1001001001II。010001DOOO()FOF1OOO(JEOE1DOOROVR1-RO01101100100100OD00010000OFOF100。OFOF1000RR八RI-R001110000100100oo00000001010100。01011000ROVE1-RO01111000100100oo00000001OEOE1000010110001(ROVR1)-RO01111100100100oo00000001FEFE1000OEOE10012*R0-R011100001100100oo0000

14、不用:FEFE1001FDFC0001ROy2-RO10100001100100000000FDFC00017EFE00011.啟動PC端脫機(jī)運算器仿真程序圖4.12.輸入指令編碼注：在實驗箱上，ALU輸出不需要觸發(fā)，而軟件模擬器那么需要鼠標(biāo)點擊觸發(fā)，故表中壓START前的ALU輸出對應(yīng)的是軟件壓START后的ALU輸出a.應(yīng)|-q用II胸MKM圖4.4d.圖4.5e.-69園督“網(wǎng)圖4.8h.圖4.9i.圖4.10j.圖4.11k.圖4.125完成以下操作，并將控制信號添到表中:功能功能對應(yīng)匯編指令控制信號I8-6I5-3I2-0SSTSSHSCIB地址A地址R_1_1234MVRD0110

15、0011100100000001不用Ra789FMVRD01100011100100001001不用R_1_R_9_R_1_SUB011010001001000100011001R_1_R_1_+1INC01100001100100010001不用R_10FR_1_MVRR011000100001000010100001R10-R10AR_1_AND011100001001000010100001QR_10_MVRR0110001000010000不用1010控制作用根本指令集或者擴(kuò)展指令集指令丫的輸出、通用存放器接收、Q存放器接收運算功能選擇數(shù)據(jù)組合選擇狀態(tài)存放器接收CinB端口地址A端口地

16、址功能按START之前按START之后Y15-Y0CZVSY15-Y0CZVSR_1_123412341234R_9_789F789F789FR_1_R_9_-R_1_666B5407R_1_R_1_+1666C666DR_10_R_1_666C666CR10R10AR_1_666C666CQR10_666C666C注：脫機(jī)運算器模擬程序只能輸入4為二進(jìn)制數(shù)，故5在此不予演示。實驗三存儲器擴(kuò)展實驗實驗時間：第周星期年月日節(jié)實驗室：實驗臺：以上局部由學(xué)生填寫，如有遺漏，后果由學(xué)生本人自負(fù)1、實驗?zāi)康?深入理解計算機(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它們組成教學(xué)計算

17、機(jī)存儲器系統(tǒng)的方法即字、位擴(kuò)展技術(shù)，控制其運行的方式；注意：思考并比照靜態(tài)和動態(tài)存儲器芯片在特性和使用場合等方面的同異之處。2、實驗平臺硬件平臺：清華大學(xué)TEC-XP實驗箱、擴(kuò)展芯片HN58C65P25軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.exePC端指令集仿真軟件3、實驗要求1完成硬件跳線連接、芯片擴(kuò)大2掌握RAM和EEPROM在存儲上的區(qū)別3完成驗證代碼編寫4、操作步驟及實驗內(nèi)容1實驗功能開關(guān)設(shè)置及聯(lián)機(jī)操作步驟參考實驗一；001102）完成HN58c65p-25兩片EEPROM的物理擴(kuò)展；3完成必要的跳線設(shè)置，課堂中擴(kuò)展的EEPROM的地址范圍為；4000-5FFF4用監(jiān)控程序的D、E命令對存儲

18、器進(jìn)展讀寫，比擬RAM6116、EEPROM28系列芯片存儲性質(zhì)上的異同，給出結(jié)果描述，并解釋原理；用E命令對RAM和EEPROM寫入后，關(guān)閉電源，再翻開電源，用D命令查看寫入的內(nèi)容，RAM在斷電后不保存寫入的內(nèi)容，而EEPROM保存。注：在模擬器環(huán)境下無法分辨二者區(qū)別，故在此不予演示。5用監(jiān)控程序的A命令分別對RAM6116和擴(kuò)展存儲器EEPROM28系列芯片進(jìn)展讀寫，用U命令查看結(jié)果是否正確，如不正確，分析原因；對于RAM來說正確，對于ROM來說不正確原因：ROM讀寫比擬緩慢，當(dāng)一次燒錄2個地址單元的內(nèi)容時，第二個地址單元燒錄不成功，便執(zhí)行下一個地址單元了，因此為了燒錄成功，需要在寫入操作

19、時，每寫一個地址單元，等待1ms。注：在模擬器環(huán)境下二者皆燒錄正確，故在此不予演示。6基于以上所學(xué)完成：從鍵盤上輸入一個0-9的數(shù)字，將從該數(shù)字開場到F的所有數(shù)據(jù)存儲到擴(kuò)展之后的5000開場的EEPROM存儲器單元中。A20002000:IN812001:SHRRO2002:SHERO2003:JRMC20002004:IN802005:MVRDR1,FF3O2007：SUBR0,RI2008:MVKD5000200A:STRRR2,R0200B:MVRDR3M0000200D:MVRDR：O?FFEOOF:INCR3SOLO;CMPR&R7201.1:JRNC2OOF2012:INCR020

20、13:IHCR22014：MVRDR&00102016:CMPR0,RSJRNC200A圖4.1運行程序后，我們用 D命令查看，數(shù)據(jù)已經(jīng)存入;2018:RETD500050000102000000000000000000000000圖4.2實驗四中斷實驗實驗時間：第周星期年月日節(jié)實驗室：實驗臺：以上局部由學(xué)生填寫，如有遺漏，后果由學(xué)生本人自負(fù)1、實驗?zāi)康睦斫庵袛嗟脑?，學(xué)習(xí)和掌握中斷產(chǎn)生、響應(yīng)、處理等技術(shù)，其中主要涉及到如下幾點：1中斷源的捕捉2中斷向量表的查詢3中斷效勞處理程序ISR2、實驗平臺硬件平臺：清華大學(xué)TEC-XP實驗箱的右下角中斷按鈕局部軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.exePC

21、端中斷實驗仿真系統(tǒng)3、實驗要求1了解中斷的原理2了解向量中斷和非向量中斷的區(qū)別3了解中斷源、中斷向量表以及中斷效勞處理程序之間的聯(lián)系4搞清楚三個中斷源的優(yōu)先級，以及中斷的嵌套規(guī)那么4、操作步驟及實驗內(nèi)容1實驗功能開關(guān)設(shè)置；000102了解中斷源按鍵在TEC-XP實驗系統(tǒng)的位置，說明三個中斷源的優(yōu)先級按左中右；優(yōu)先級左中右3給出三個中斷源對應(yīng)在中斷向量表的地址；左：240CH:JR2460中：2408H:JR2440右：2404H:JR24204解釋三條擴(kuò)展指令的使用方法和寫法EI,IRET和DI;EI:開中斷指令，用E命令寫入6E00如圖4.1E圖4.1IRET:中斷返回指令，用E命令寫入EF

22、00如圖4.2E24M243:EF0Q圖4.2DI:關(guān)中斷指令，用E命令寫入6F00如圖4.3E24M24*4:6FW圖4.35讀懂實驗ppt中的中斷實例程序，編寫程序?qū)崿F(xiàn)如下內(nèi)容：a主程序循環(huán)顯示字母M,如果捕捉到中斷源1的時候在屏幕循環(huán)顯示數(shù)字1;捕捉到中斷源2的時候在屏幕上循環(huán)顯示數(shù)字2;捕捉到中斷源3的時候在屏幕上循環(huán)顯示數(shù)字3;b并且需要實現(xiàn)在中斷顯示的過程中，如果按下任意鍵那么中斷返回到上一級程序繼續(xù)運行；c實驗以優(yōu)先級為主要依據(jù)的嵌套d自己編寫三段中斷效勞子程序，不允許存在重疊即防止使用事例程序2450地址處的程序編寫主程序圖4.4編寫第一段中斷子程序E24292420：6E00

23、2421：?A24212421iPUSHR02422;MVRD帆典乳2424:OITT即2425;IN812426:SHRR02427;SHRR92428:DRNC24222429：IN&3242A:POPR0242B1E242B242B:EF00242C;圖4.5編寫第二、三段中斷子程序似第一段,E2440244616E302441泊24412441:PUSHR02442:MVRDRd,66322444;OUTS2445:IM812446?SHRR02447:SHRR02448;JRNC24422449:IMSB244A;POPR0244BiE244B244B:EF60244cl圖4.6E2

24、4的2466:6E9d24611油246124GLPUSHRQ2462：MVRDR0,00332464:OJT802465:INSL2466MSHRR02467;5HRR02463:3RNC246224GS1IM9024弧POPR024GIB:E24GB246B:EF0O249圖4.7編寫第二、三段中斷子程序似第一段gaeeeMMMMMMMMMMMMMMMMMM11111122222233333333mmmm33mmmm圖4.8程序運行成功實驗五I/O接口擴(kuò)展實驗實驗時間：第周星期年月日節(jié)實驗室：實驗臺：以上局部由學(xué)生填寫，如有遺漏，后果由學(xué)生本人自負(fù)1、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)串行口的正確設(shè)置與使用，通

25、過實驗箱的兩個串口實現(xiàn)兩臺PC的通訊2、實驗平臺硬件平臺：清華大學(xué)TEC-XP實驗箱的I/O接口局部軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.exe3、實驗要求1按照實驗要求必要的連線2擴(kuò)展另外一片8251串口芯片3根據(jù)實驗ppt完成必要的跳線設(shè)置，確定擴(kuò)展I/O的地址4根據(jù)實驗要求編寫代碼注：串口制止帶電插拔！4、操作步驟及實驗內(nèi)容1在對應(yīng)的IC座上擴(kuò)展一條雙排直插的8251芯片2完成必要的連線，將芯片旁邊的/CS與標(biāo)有I/O/CS的一排插孔的一個相連,確定擴(kuò)展I/O的地址，給出地址及描述地址對應(yīng)的存放器名稱：擴(kuò)展I/O地址為A0H-AFH;對應(yīng)存放器地址A0-AF3擴(kuò)展串口在使用之前的初始化代碼A20002000:MVRDRO,Q04E20Q2;OUTAlQ003:MVRDR0,00372005;OUTAl2006;RET圖4.14判定一臺PC是否有鍵輸入，如果有那么在另一臺PC上顯示出來完成以下兩種模式的通訊：a兩臺PC連接在同一臺實驗箱上1PC1輸入PC2輸出A20