计算机硬件技术基础实验材料.docx

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计算机硬件技术基础实验材料

计算机硬件技术基础实验指导书

蔡学敬编写

重庆大学城市科技学院电气信息学院

目录

目录2

实验一　简单程序设计3

实验二数据在内存的存放和传送8

实验三分支程序设计12

实验四循环程序设计13

实验五子程序设计实验14

实验六查表程序设计实验15

实验八8255并行接口试验21

实验九LED数码管显示设计实验24

实验十8259中断控制器实验25

实验十一、8251串行接口实验30

实验十二键盘扫描及显示设计实验31

实验一　简单程序设计

一、实验目的：

1、熟悉汇编程序设计的基本过程；

2、单步运行程序，通过观察窗口观察指令对寄存器和内存中数据的影响。

二、实验内容：

设计一个完整的汇编语言源程序，实现Z=X+Y。

要求：

1、编写源程序，X、Y的值自己定；

2、编译链接通过生成运行程序；

3、用TD调试程序，分步运行；

观察并记录标志寄存器的值；

和内存地址中值的变化；

4、修改程序中XY的值，重新做上述步骤。

三、实验步骤：

1、汇编语言上机步骤

（1）在windows下，在D盘建立自己的文件夹

（2）点击开始菜单，选择“运行”项，在“运行”对话框中，输入CMD，进入DOS系统

（3）\D：

（进入D盘）

（4）\CD文件夹名（cai）（进入自己的文件夹）

（5）D：

\cai\EDIT（进入编辑环境输入源程序，保存为tab.asm）

（6）D：

\cai\pathd:

\tasm\bin（TASM文件夹拷贝在D盘根目录）

（7）D：

\cai\TASM32tab.asm（汇编生成目标文件tab.obj）

（8）D：

\cai\TLINktab.obj（链接生成执行文件tab.exe）

（9）D：

\cai\TDtab（进入CPU窗口运行调试）

2、TD调试窗口

（1）进入调试窗口

（2）打开调试文件

（3）调试窗口的各子窗口作用

（4）DS断基址的加载

（5）调试环境和输出显示窗口之间的切换操作

（6）进入DS段，查看相应内存中的数据

（7）代码段窗口相关信息

3、实验程序清单

DATASEGMENT

XDB15

YDB45

ZDB?

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMENCS:

CDOE,DS:

DATA

START:

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MOVAL,X

MOVBL,Y

ADDAL,BL

MOVZ,AL

MOVAH,4CH

INT21H

CODEENDS

ENDSTART

思考：

汇编程序设计有那些步骤，应该注意什么？

实验二数据在内存的存放和传送

一、实验目的

1、熟练掌握汇编调试环境；

2、熟悉数据在内存中的存放；

3、掌握内存变量的应用；

4、掌握汇编程序结构；

5、掌握数据传送指令；

6、练习寻址方式；

7、单步运行程序，通过观察窗口观察指令对寄存器中数据的影响。

二、实验内容

1、输入下列程序并观察运行结果

（1）将下列数据定义输入到数据段相应位置

DAT1DB16H,8/2,11100011B

DB216,-12,0D2H,‘ABCDE’

DAT2DB?

5dup（?

）

NUM1DB12H,34H,56H,78H,90H

COUNTDW$-DAT1

NUM2DW5566H,3344H,7823H

NUM3DD13579024H,0A0D0C0BH

NUM4DWDAT2

（2）将下列程序输入到代码段相应位置

MOVBL,NUM1

MOVBH,NUM1+2

MOVBL,BYTEPTRNUM3

MOVBX,WORDPTRNUM1+2

MOVAL,NUM1[2*3]

MOVCX,NUM2[3]

MOVDX,WORDPTRNUM3[5]

MOVDI,3

MOVAH,[DI]

MOVSI,OFFSETCOUNT

MOVBX,[SI+2]

MOVAX,[BX+DI]

MOVDI,[10H]

LEABP,NUM3

LEABX,DAT2

（3）完成整个源程序的存盘、编译、链接、TD调试

（4）F8分布运行程序

（5）每一步观察结果并完成报告要求项目

2、编写程序，将10H----15H共6个字节数据写入内存22000H开始的连续6个存储单元中；另将22000H开始的连续6个存储单元中的数据传送到41000H开始的6个存储单元中。

三、实验报告

（一）分布运行源程序，完成下列内容

1、数据段寄存器内容DS=

2、画出内存分配图（右），要表明变量名和物理地址。

3、DAT1+2单元的偏移地址是

内容为：

原数据为：

依据为：

DAT1+3单元的物理地址是

内容为：

原数据为：

依据为：

DAT1+4单元的逻辑地址是

内容为：

原数据为：

依据为：

DAT1+6~~10单元的内容为：

原数据为：

依据为：

COUNT单元内容为：

原数据为：

依据为：

DAT2单元的物理地址是：

NUM1单元的物理地址是：

NUM2单元的物理地址是：

4、

写出下列每句程序运行的结果：

MOVBL,NUM1BL=

MOVBH,NUM1+2BX=

MOVBL,BYTEPTRNUM3BL=

MOVBX,WORDPTRNUM1+2BX=

MOVAL,NUM1[2*3]AL=

MOVCX,NUM2[3]CX=

MOVDX,WORDPTRNUM3[5]DX=

MOVDI,3DI=,寻址方式：

MOVAH,[DI]AH=，寻址方式：

MOVSI,OFFSETCOUNTSI=，数据代表：

MOVBX,[SI+2]BX=，寻址方式：

MOVAX,[BX+DI]AX=，寻址方式：

MOVDI,[10H]DI=，寻址方式：

LEABP,NUM3BP=，数据代表：

LEABX,DAT2BX=，数据代表：

5、程序的第1.2两句是：

作用是：

6、程序的第最后两句是：

作用是：

（二）写出第二题的程序清单

四、第一题参考程序清单（1.ASM）

DATASEGMENT

DAT1DB16H,8/2,11100011B

DB216,-12,0D2H,‘ABCDE’

DAT2DB?

5dup（?

）

NUM1DB12H,34H,56H,78H,90H

COUNTDW$-DAT1

NUM2DW5566H,3344H,7823H

NUM3DD13579024H,0A0D0C0BH

NUM4DWDAT2

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA

START:

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MOVBL,NUM1

MOVBH,NUM1+2

MOVBL,BYTEPTRNUM3

MOVBX,WORDPTRNUM1+2

MOVAL,NUM1[2*3]

MOVCX,NUM2[3]

MOVDX,WORDPTRNUM3[5]

MOVDI,3

MOVAH,[DI]

MOVSI,OFFSETCOUNT

MOVBX,[SI+2]

MOVAX,[BX+DI]

MOVDI,[10H]

LEABP,NUM3

LEABX,DAT2

MOVAH,4CH

INT21H

CODEENDS

ENDSTART

实验三分支程序设计

　　一、实验目的：

　　l、掌握分支程序程序的结构；

2、掌握分支程序的设计、调试方法；

3、8088/8086条件转移指令的使用；

4、充分利用Intel80486丰富的条件转移指令，构成较复杂分支程序，实现对内存数据的控制。

　　二、实验内容

1、把内存中的源数据区（10个字节数据）传送到目的数据块。

2、找出以BUFF开始的连续三个单元中的最大数（假设均为8位无符号数）

实验四循环程序设计

一、实验目的：

1、掌握循环程序设计的结构；

2、加深循环结构的理解；

3、掌握循环程序的设计、调试方法；

4、熟练应用移位指令、除法指令；

5、掌握不同进制数之间的相互转换。

二、实验内容：

1、分别计算以BUFF开始的连续10个内存单元中奇、偶数的个数，奇数个数放入OD内存单元，偶数个数放入EV内存单元。

2、将BX寄存器中的数转换为相对应的十进制数，并将转换后的十进制数写入相对应的内存单元。

实验五子程序设计实验

一、实验目的

1.学习子程序的定义和调用方法；

2.掌握子程序的结构；

3.掌握子程序的程序设计及调试方法；

4.过程调用伪指令:

PROC,ENDP,NEAR和FAR；

5.8088/8086指令:

CALL,RET,RETn。

二、实验内容

求N！

实验六查表程序设计实验

一、实验目的：

1、学习查表程序设计方法；

2、熟悉DOS系统提供功能调用；

3、利用DOS系统提供的功能调用INT21H进行屏幕显示的方法；

4、80X86系列微型计算机中的ASCII码表及控制字符的使用；

二、试验内容：

查表就是根据从键盘输入的某个值，在数据表格中找到与之对应的一个数据。

要求：

从键盘输入一个数据，该数据的平方值输出到显示器屏幕上。

实验七8254定时/计数器应用实验

一、实验目的

    1、学会8254芯片和微机接口原理和方法。

2、掌握8254定时器／计数器的工作方式和编程原理。

二、实验设备

PC机一台，TD-PITE实验装置一套

三、实验内容

8254的计数器0工作在方式3，用信号源1MHz作为CLK0时钟，OUT0是周期为2秒的方波，并用该信号点亮LED灯。

四、实验原理

8254是Intel公司生产的可编程间隔定时器，具有以下基本功能：

（1）有3个独立的16位计数器；

（2）每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数；

（3）每个计数器可编程工作于6种不同工作方式；

（4）8254每个计数器允许的最高计数频率10MHz；

（5）8254有读回命令，除了可以读出当前计数单元的内容外，还可以读书状态寄存器的内容；

（6）计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。

计数初值公式为：

，其中

是输入时钟的频率，

是输出波形的频率

图7－1是8254的内部结构框图和引脚图，它是由与CPU的接口、内部控制电路和三个计数器组成。

8254的工作方式如下所述：

（1）方式0：

计数到0结束输出正跃变信号方式；

（2）方式1：

硬件可重触发单稳方式；

（3）方式2：

频率发生器方式；

（4）方式3：

方波发生器；

（5）方式4：

软件触发选通方式；

（6）方式5：

硬件触发选通方式；

图7－18254的内部结构和引脚

8254控制字有两个：

一个用来设置计数器的工作方式，称为方式控制字；另一个用来设置读回命令，称为读回控制字。

这两个控制字共用一个地址，由标识位来区分。

控制字格式如表7－1所示。

表7－18254的方式控制字格式

表7－28254读出控制字格式

表7－38254状态字格式

实验步骤：

（1）接线图如图7－2所示

（2）根据实验内容，编写实验程序，经编译、链接无误后加载到系统

（3）运行实验程序，验证程序功能。

图7－28254定时应用实验接线图

附：

电子发声实验

一、实验目的：

学习用8254定时/计数器使蜂鸣器发声的编程方法。

二、实验设备

PC微机一台、TD-PITE实验箱一台。

三、实验内容

根据实验提供的音乐频率表和时间表，编写程序控制8254，使其输出连接到扬声器上能发出相应的乐曲。

四、实验说明及步骤

一个音符对应一个频率，将对应一个音符频率的方波通到扬声器上，就可以发出这个音符的声音。

将一段乐曲的音符对应频率的方波依次送到扬声器，就可以演奏出这段乐曲。

利用8254的方式3——“方波发生器”，将相应一种频率的计数初值写入计数器，就可产生对应频率的方波。

计数初值的计算如下：

计数初值＝输入时钟÷输出频率

例如输入时钟采用1MHz，要得到800Hz的频率，计数初值即为1000000÷800。

音符与频率对照关系如表7-4所示。

对于每一个音符的演奏时间，可以通过软件延时来处理。

首先确定单位延时时间程序（根据CPU的频率不同而有所变化）。

然后确定每个音符演奏需要几个单位时间，将这个值送入DL中，调用DALLY子程序即可。

;单位延时时间;N个单位延时时间（N送至DL）

DALLYPROCDALLYPROC

D0:

MOVCX,0010HD0:

MOVCX,0010H

D1:

MOVAX,0F00HD1:

MOVAX,0F00H

D2:

DECAXD2:

DECAX

JNZD2JNZD2

LOOPD1LOOPD1

RETDECDL

DALLYENDPJNZD0

RET

DALLYENDP

表7-4音符与频率对照表（单位：

Hz）

下面提供了乐曲《友谊地久天长》实验参考频率表、时间表。

程序中频率表是将曲谱中的音符对应的频率值依次记录下来（B调、四分之二拍），时间表是将各个音符发音的相对时间记录下来（由曲谱中节拍得出）。

频率表和时间表是一一对应的，频率表的最后一项为0，作为重复的标志。

根据频率表中的频率算出对应的计数初值，然后依次写入8254的计数器。

将时间表中相对时间值带入延时程序来得到音符演奏时间。

实验参考程序流程如图7-3所示。

图7-3电子发生实验参考程序流程

实验步骤如下：

1.参考图7-4所示连接实验线路；

2.编写实验程序，经编译、连接无误后装入系统；

3.运行程序，听扬声器发出的音乐是否正确。

图7-4电子发生实验接线图

《友谊地久天长》实验参考频率表、时间表

实验八8255并行接口试验

一、实验目的

1.学习并掌握8255的工作方式及其应用；

2.掌握8255典型应用电路的接法。

二、实验设备

PC机一台，TD-PITE实验装置一套。

三、实验内容

1.基本输入输出实验。

编写程序，使8255的A口为输入，B口为输出，完成拨动开关到数据灯的数据传输。

要求只要开关拨动，数据灯的显示就发生相应改变。

四、实验原理

并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。

CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位或32位等。

8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：

方式0--基本输入/输出方式、方式1--选通输入/输出方式、方式2--双向选通工作方式。

8255的内部结构及引脚如图8-1所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图8-2所示。

图8-18255内部结构及外部引脚图

图8-28255控制字格式

五、实验步骤

1.基本输入输出实验

本实验使8255端口A工作在方式0并作为输入口，端口B工作在方式0并作为输出口。

用一组开关信号接入端口A，端口B输出线接至一组数据灯上，然后通过对8255芯片编程来实现输入输出功能。

具体实验步骤如下述：

（1）实验接线图如图8-3所示，按图连接实验线路图；

（2）编写实验程序，经编译、连接无误后装入系统；

（3）运行程序，改变拨动开关，同时观察LED显示，验证程序功能。

图8-38255基本输入输出实验接线图

附：

流水灯显示实验

编写程序，使8255的A口和B口均为输出，数据灯D7～D0由左向右，每次仅亮一个灯，循环显示，D15～D8与D7～D0正相反，由右向左，每次仅点亮一个灯，循环显示。

实验接线图如图8-5所示。

实验步骤如下所述：

（1）按图8-5连接实验线路图；

（2）编写实验程序，经编译、链接无误后装入系统；

（3）运行程序，观察LED灯的显示，验证程序功能；

（4）自己改变流水灯的方式，编写程序。

图8-58255流水灯实验接线图

实验九LED数码管显示设计实验

一、实验目的

了解数码显示基本原理，熟悉8255A编程。

二、实验设备

PC机一台，TD-PITE实验装置一套。

三、实验内容

将本人学号后六位显示在实验箱数码管上，

将8255单元与数码管显示单元连接，编写实验程序，将本人学号后六位显示于实验箱数码上。

实验参考接线图如图9-1所示。

图9－1

实验十8259中断控制器实验

一、实验目的

1.掌握8259中断控制器的工作原理；

2.学习8259的应用编程方法；

3.掌握8259级联方式的使用方法。

二、实验设备

PC机一台，TD-PITE实验装置一套。

三、实验内容及步骤

1.中断控制器8259简介

在Intel386EX芯片中集成有中断控制单元（ICU），该单元包含有两个级联中断控制器，一个为主控制器，一个为从控制器。

该中断控制单元就功能而言与工业上标准的82C59A是一致的，操作方法也相同。

从片的INT连接到主片的IR2信号上构成两片8259的级联。

在TD-PITE实验系统中，将主控制器的IR6、IR7以及从控制器的IR1开放出来供实验使用，主片8259的IR4供系统串口使用。

8259的内部连接及外部管脚引出如图10-1所示。

图10-18259内部连续及外部管脚引出图

表10-1列出了中断控制单元的寄存器相关信息。

表10-1ICU寄存器列表

寄存器

端口地址

功能描述

ICW1（主）

ICW1（从）

（只写）

0020H

00A0H

初始化命令字1：

决定中断请求信号为电平触发还是边沿触发。

ICW2（主）

ICW2（从）

（只写）

0021H

00A1H

初始化命令字2：

包含了8259的基址中断向量号，基址中断向量是IR0的向量号，基址加1就是IR1的向量号，依此类推。

ICW3（主）

（只写）

0021H

初始化命令字3：

用于识别从8259设备连接到主控制器的IR信号，内部的从8259连接到主8259的IR2信号上。

ICW3（从）

（只写）

00A1H

初始化命令字3：

表明内部从控制器级联到主片的IR2信号上。

ICW4（主）

ICW4（从）

（只写）

0021H

00A1H

初始化命令字4：

选择特殊全嵌套或全嵌套模式，使能中断自动结束方式。

OCW1（主）

OCW1（从）

（读/写）

0021H

00A1H

操作命令字1：

中断屏蔽操作寄存器，可屏蔽相应的中断信号。

OCW2（主）

OCW2（从）

（只写）

0020H

00A0H

操作命令字2：

改变中断优先级和发送中断结束命令。

OCW3（主）

OCW3（从）

（只写）

0020H

00A0H

操作命令字3：

使能特殊屏蔽方式，设置中断查询方式，允许读出中断请求寄存器和当前中断服务寄存器。

IRR（主）

IRR（从）

（只读）

0020H

00A0H

中断请求：

指出挂起的中断请求。

ISR（主）

ISR（从）

（只读）

0020H

00A0H

当前中断服务：

指出当前正在被服务的中断请求。

POLL（主）

POLL（从）

（只读）

0020H

0021H

00A0H

00A1H

查询状态字：

表明连接到8259上的设备是否需要服务，如果有中断请求，该字表明当前优先级最高的中断请求。

初始化命令字1寄存器（ICW1）说明见图10-2所示。

图10-2初始化命令字1寄存器

初始化命令字2寄存器（ICW2）说明见图10-3所示。

图10-3初始化命令字2寄存器

初始化命令字3寄存器（ICW3）说明，主片见图10-4，从片见图10-5。

图10-4主片初始化命令字3寄存器

图10-5从片初始化命令字3寄存器

初始化命令字4寄存器（ICW4）说明见图10-6。

图10-6初始化命令字4寄存器

操作命令字1寄存器（OCW1）说明见图10-7。

图10-7操作命令字1寄存器

操作命令字2寄存器（OCW2）说明如图10-8所示。

图10-8操作命令字2寄存器

操作命令字3寄存器（OCW3）说明如图10-9所示。

图10-9操作命令字3寄存器

查询状态字（POLL）说明如图10-10所示。

图10-10程序状态字寄存器

在对8259进行编程时，首先必须进行初始化。

一般先使用CLI指令将所有的可屏蔽中断禁止，然后写入初始化命令字。

8259有一个状态机控制对寄存器的访问，不正确的初始化顺序会造成异常初始化。

在初始化主片8259时，写入初始化命令字的顺序是：

ICW1、ICW2、ICW3、然后是ICW4，初始化从片8259的顺序与初始化主片8259的顺序是相同的。

系统启动时，主片8259已被初始化，且4号中断源（IR4）提供给与PC联机的串口通信使用，其它中断源被屏蔽。

中断矢量地址与中断号之间的关系如下表所示：

2.8259单中断实验

实验接线图如图10-11所示，单次脉冲输出与主片8259的IR7相连，每按动一次单次脉冲，产生一次外部中断，在显示屏上输出一个字符“Good”。

图10-118259单中断实验接线图

实验步骤

（1）按图10-11连接实验线路；

（2）编写实验程序，经编译、链接无误后装入系统；

（3）运行程序，重复按单次脉冲开关KK1＋，显示屏会显示字符“7”以说明响应了中断。

3.8259级联实验

实验接线图如图10-12所示，KK1＋连接到主片8259的IR7上，KK2＋连接到从片8259的IR1上，当按一次KK1＋时，显示屏上显示字符“M7”，按一次KK2＋时，显示字符“S1”。

编写程序。

图10-128259级联实验

实验步骤

（1）按