广工计算机组成原理.docx

资源描述

广工计算机组成原理.docx

《广工计算机组成原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广工计算机组成原理.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

广工计算机组成原理.docx

广工计算机组成原理

计算机组成原理实验报告

课程名称计算机组成原理实验

学院计算机学院

专业班级软件工程班

学号

学生姓名

指导教师

2016年6月22日

计算机学院软件工程班学号：

姓名教师评定

实验题目基础汇编语言程序设计实验

实验一：

基础汇编语言程序设计实验

1实验目的

●学习和了解TEC-XP+教学实验监控命令的用法;

●学习和了解TEC-XP+教学实验系统的指令系统;

●学习简单的TEC-XP+教学实验系统汇编程序设计。

2实验设备及器材

●工作良好的PC机;

●TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

3实验说明和原理

实验原理在于汇编语言能够直接控制底层硬件的状态，通过简单的汇编指令查看、显示、修改寄存器、存储器等硬件内容。

实验箱正如一集成的开发板，而我们正是通过基础的汇编语言对开发板进行使用和学习，过程中我们不仅需要运用汇编语言的知识，还需要结合数字逻辑中所学的关于存储器、触发器等基本器件的原理，通过串口通讯，实现程序的烧录，实验箱与PC端的通讯。

4实验内容

1）学习联机使用TEC－XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC；

2）学习使用WINDOWS界面的串口通讯软件；

3）使用监控程序的R命令显示/修改寄存器内容、D命令显示存储内容、E命令修改存储内容；

4）使用A命令写一小段汇编程序，U命令反汇编输入的程序，用G命令连续运行该程序，用T、P命令单步运行并观察程序单步执行情况。

5实验步骤

1）准备一台串口工作良好的PC机器;

2）将TEC-XP+放在实验台上,打开实验箱的盖子,确定电源处于断开状态;

3）将黑色的电源线一段接220V交流电源,另一端插在TEC-XP+实验箱的电源插座里;

4）取出通讯线,将通讯线的9芯插头接在TEC-XP+实验箱上的串口"COM1"或"COM2"上,另一端接到PC机的串口上;

5）将TEC-XP+实验系统左下方的六个黑色的控制机器运行状态的开关置于正确的位置,再找个实验中开关应置为001100（连续、内存读指令、组合逻辑、联机、16位、MACH）,

6）控制开关的功能在开关上、下方有标识;开关拨向上方表示"1",拨向下方表示"0","X"表示任意,其他实验相同;

7）打开电源,船型开关盒5V电源指示灯亮;

8）在PC机上运行PCEC16.EXE文件,根据连接的PC机的串口设置所用PC机的串口为"1"或"2",其他的设置一般不用改动,直接回车即可;（8）按一下"RESET"按键,再按一下"START"按键,主机上显示：

6实验截图及思考题

【例1】设计一个小程序，从键盘上接收一个字符并在屏幕上输出显示该字符。

代码输入：

结果显示：

【例2】设计一个小程序，用次数控制在终端屏幕上输出’0’到’9’十个数字符

代码输入：

结果显示：

【例3】从键盘上连续打入多个属于"0"到"9"的数字符并在屏幕上显示,遇到非数字字符结束输入过程.

代码输入：

结果显示：

【例4】计算1到10的累加和。

代码输入：

结果显示：

结果存放在R1中

【例5】设计一个有读写内存和子程序调用指令的程序，功能是读出内存中的字符，将其显示到显示器屏幕上，转换为小写字母后再写回存储器原存储区域。

代码输入：

结果显示：

【例6】设计一个程序在显示器屏幕上循环显示95个（包括空格字符）可打印字符。

代码输入：

结果显示：

7实验思考与心得

本次上机实验，通过仿真终端软件PCEC以及WINDOWS界面的串口通讯软件，结合对汇编基本指令的学习，熟悉了计组的实验工具和流程，也熟悉了汇编语言的一些基础指令。

计算机学院软件工程班学号：

姓名教师评定

实验题目脱机运算器实验

实验二：

脱机运算器实验

1实验目的

●深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；

●深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。

2实验设备与器材

●TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

3实验说明和原理

本次实验脱离PC端，主要通过实验箱进行。

因此这个实验更像数据逻辑的电路实验。

脱机运算器实验，是指让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时，它的全部控制与操作均需通过两个12位的微型开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关、按键控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。

4实验内容

在脱机方式下，对于给定指令分析其执行过程中运算的步骤，通过对AM2901运算器反需控制信号的设置，使之完成运算，并核对运算结果。

5实验步骤/表格填写

在脱机方式下，通过设置SW1、SW2、SW3各微码字段和数据开关，可实现多种运算，以实现AAAAH－>R1为例说明操作过程。

1）按照下表中的微码和数据开关，对运算器进行设置。

操作步骤如下：

微动开关

数据开关

I8-I6

I5-I3

I2-I0

SST

SSH

SCi

D15-D0

011

000

111

011

0001

不用

AAAAH

a）将教学机左下方的6个拨动开关置为1XX000（单步、16位、脱机、CACH）；先按一下RESTET按键，再按一下START按键，进行初始化。

b）通过16个数据开关设置立即数AAAAH。

c）通过SW1、SW2、SW3设置各微码。

2）按一次START键，立即数XXXXH置入R1，通过显示灯察看按START键后的输出。

若要进行其它操作：

a）重新设置SW1、SW2、SW3、数据开关，通过显示灯观察输出。

b）然后按START键执行操作，通过显示灯观察按下START键后的输出，检查运算结果是否正确。

3）完成下表的各种运算，记录按START键前和按START键后的ALU输出及标志位C、Z、V、S的值。

运算

I8—I0

SST

SSH

SCi

压STEP前

压STEP后

ALU输出

CZVS

ALU输出

CZVS

D1+0—＞R0

011000111

001

0000

不用

01h

随机

01h

0000

D2+0—＞R1

011000111

001

0001

不用

10h

0000

10h

0000

R0+R1—＞R0

011000001

00l

0000

0001

11h

0000

21h

0000

R0-R1—＞R0

011001001

001

0000

0001

01t1

0000

F1h

1000

R1-R0—＞R1

011001001

001

000l

0000

0Fh

1000

0Eh

1000

R0∨Rl—＞R0

011011001

001

0001

0000

0FH

1000

0EH

1000

R0∧R1—＞R0

011100001

001

0000

0001

01H

1000

01H

1000

R0∨2Rl—＞R0

011110001

001

0000

0001

0EH

1000

01H

1000

¬（R0∨R1）—＞R0

011111001

001

0000

000l

FEH

1000

0EH

1001

2*R0—＞R0

111010011

001

0000

不用

FEH

100l

FCH

0001

R0／2—＞0

101000011

001

0000

不用

FCH

0001

7EH

0001

6实验思考与心得

本次实验初步了解运算器芯片Am2901的结构，它能实现R+S、S-R、R-S三种算术运算功能，和五种逻辑运算功能。

学习通过查表用指令微码来实现一些简单的逻辑功能。

计算机学院软件工程班学号：

姓名教师评定

实验题目存储器部件教学实验

实验三：

存储器部件教学实验

1实验目的

●熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处。

学习用编程器设备向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。

●理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案。

●了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系。

●了解如何通过读、写存储顺的指令实现对58C65 ROM芯片的读、写操作。

●加深理解存储器部件在计算机整机系统中的作用。

2实验设备与器材

●TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

3实验说明和原理

内存储器原理：

内存储器是计算机中存放正在运行中的程序和相关数据的部件。

在教学计算机存储器部件设计中，出于简化和容易实现的目的，选用静态存储器芯片实现内存储器的存储体，包括唯读存储区和随读写存储区两部分，ROM存储区选用4片长度8位、容易8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：

0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量的教学实验。

地址总线的低13位送到ROM芯片的地址线引脚，用于选择芯片内的一个存储字。

用于实现存储字的高位字节的3个芯片的数据线引脚、实现低位字节的3个芯片的数据线引脚分别连接在一起接到数据总线的高、低位字节，是实现存储器数据读写的信息通路。

数据总线要通过一个双向三态门电路与CPU一侧的内部总线IB相连接，已完成存储器、接口电路和CPU之间的数据通讯。

4实验内容

1）要完成存储器容量扩展的教学实验，需为扩展存储器选择一个地址，并注意读写和OE等控制信号的正确状态。

2）用监控程序的D、E命令对存储器进行读写操作，比较RAM（3116）、EEPROM（28系列芯片）、EPROM（27系列芯片）在读写上的异同。

3）用A命令编写程序对RAM（6116）进行读写，用D命令查看结果是否正确。

4）用A命令编写一段程序，对扩展存储器EEPRM（28系列芯片）进行读写，用D命令查看结果是否正确；如不正确，分析原因，改写程序，重新运行。

5实验步骤与截图

1）检查FPGA下方的标有“/CE”的四组插针均是左边两个短接；

2）检查RAM（6116）上方的标有“/WE”的插针应是左边两个短接；

3）RAM（6116）支持即时读写，可直接用A、E命令向扩展的存储器输入程序或改变内存单元的值。

RAM中的内容在断电后会消失。

用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

断电后：

4）将扩展的ROM芯片插入标有“EXTROMH”和“EXTROML”的自锁紧插座，要注意芯片插入的方向，带有半圆形缺口的一方朝左插入。

如果芯片插入方向不对，会导致芯片烧毁，然后锁紧插座。

5）将扩展芯片下方的插针按下列方式短接：

将标有“/MWR”和“RD”的三个插针左面两个短接，将标有“/MWR”“/OE”“GND”的三个插针左边两个短接。

6）将扩展芯片上方标有EXTROMH和EXTROML的“/CS”信号用自锁紧线短接，然后短接到MEMDC 138芯片的上方的标有“4000－5fff”地址单元。

注意：

标有/CS的圆孔针与标有MEM/CS的一排圆孔针中的任意一个都可以用导线相连；连接的地址范围是多少，用户可用的地址空间就是多少。

7）将标有“DataBus 15-8”和“DataBus 7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接。

8）将标有“DataBus 15-8”和“AdressBus 7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接。

9）EPROM 是紫外线可擦除的电可改写的只读存储器芯片。

在对EPROM进行重写前必须先擦除并判断芯片是否为空，再通过编程器进行编程。

10）AT28C64B的读操作和一般的RAM一样，而其写操作，需要一定的时间，大约为1毫秒。

因此，需要编写一延迟程序，在对EEPROM进行写操作时，调用该子程序，以完成正确的读写。

6实验思考与心得

能用E命令直接写AT28C64B的存储单元，而A命令有时则不正确，原因是单字节的指令有可能会写进去，双字节的指令的低位会出错。

计算机学院软件工程班学号：

姓名教师评定

实验题目组合逻辑控制器部件教学实验

实验四：

组合逻辑控制器部件教学实验

1实验目的

通过看懂教学计算中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程，然后自己设计几条指令的功能、格式、和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。

其最终要达到的目的是：

●深入理解计算机控制器的功能、组成知识。

●深入地学习计算机各类典型指令的执行流程。

●指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念。

●学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术

2实验设备与器材

●TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

3实验说明和原理

控制器设计是学习计算机总体组成和设计的最重要部分。

要在TEC-XP16教学计算机完成这项实验，必须清楚地懂得：

1）TEC-XP+教学机的组合逻辑控制器主要由MACH器件组成。

2）TEC-XP+教学机上已实现了29条基本指令。

3）应了解监控程序的A命令只支持基本指令，扩展指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中；不能用T、P命令单步调试扩展指令，只能用G命令执行有扩展指令的程序。

4）要明白TEC-XP+教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解TEC-XP+教学机中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程、也包括控制器设计的实现中的具体路线的控制信号的组成。

5）要明确自己要实现的指令功能、格式、执行流程设计中必须遵从的约束条件。

为了完成自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的内容，具体过程包括：

1）确定指令格式和功能，要受到教学机已有硬件的约束，应尽量与已实现指令的格式和分类办法保持一致。

2）划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计节拍状态的值，应参照已实现指令的处理办法来完成，特别注意的是，读取指令的节拍只能用原来已实现的，其他节拍的节拍状态也应尽可能地与原用节拍的状态保持一致和相近。

3）在指令流程表中真写每一个控制信号的状态值，基本上是个查表填数的过程，应特别仔细，并有意识地体会这些信号的控制作用。

4）在给出来mach的源文件中添加扩展指令的控制信号的逻辑表达式，编译适配后下载到MACH器件中。

5）写一个包含你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，初步判断你的设计是否正确；如果有问题，通过几种办法查出错误并改正，继续调试，直到完全正确。

4实验内容

1）完成控制器部件的教学实验，主要内容是由学生自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学机上实现、调试正确。

2）首先是看懂TEC-XP教学机的功能部件组成和线路逻辑关系，然后分析教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程。

3）设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。

4）单条运行指令。

查看指令的功能、格式和执行流程。

5）用监控程序的A、E命令编写一段小程序，观察运行结果。

5实验步骤/填表

1）接通教学机电源。

2）将教学机左下方的6个拨动开关置为111100.

3）按一下“RESET”按键。

4）通过16位的数据开关SWH、SWL置入16位的指令操作码。

5）在单步方式下，通过指示灯观察各类型基本指令的节拍。

a）选择基本指令的A组指令中的ADD指令，观察其节拍流程：

1）、置拨动开关SW＝00000；2）、按RESET按键；节拍指示灯T3~T0显示1000；3）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；4）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；5）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0011；

b）选择基本指令的B指令中的PUSH指令，观察其节拍流程：

c）1）、置拨动开关SW＝1000010100000000；2）、按RESET按键；节拍指示灯T3~T0显示1000；3）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；4）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；5）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0110；6）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0100；

d）选择基本指令的D组指令中的CALA指令，观察其节拍流程：

e）1）、置拨动开关SW＝1100011000000000；2）、按RESET按键；节拍指示灯T3~T0显示1000；3）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；4）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；5）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0110；6）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0100；7）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0111；8）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0101；

6）单步方式下，通过指示灯观察各类基本指令的控制信号。

a）选择指令的A组指令中的SHR指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。

节拍

指令

编码

/MIO

REQ

/WE

Sci

SSH

I8-6

I5-3

I2-0

SST

DC1

DC2

1000

0101

011

001

000

111

0000

0101

010

000

011

000

011

0010

0000

001

000

001

0011

SHR

00001001

0000

0001

101

000

011

101

000

b）选择基本指令的B组指令中的JMPA指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。

节拍

指令

编码

/MIO

REQ

/WE

Sci

SSH

I8-6

I5-3

I2-0

SST

DC1

DC2

1000

0101

011

001

000

111

0000

0101

010

000

011

000

011

0010

0000

001

000

001

0110

JMPA

1000

0000

0101

010

000

011

000

011

0100

JMPA

1000

0000

0101

011

000

111

000

c）选择基本指令的D组指令中的CALA指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。

节拍

指令

编码

/MIO

REQ

/WE

Sci

SSH

I8-6

I5-3

I2-0

SST

DC1

DC2

1000

0101

011

001

000

111

0000

0101

010

000

011

000

011

0010

CALA

1100

1110

0000

001

000

001

0110

CALA

1100

1110

0101

010

000

011

000

011

0100

CALA

1100

1110

0000

000

111

000

0111

CALA

1100

1110

0000

0100

011

001

011

000

011

0101

CALA

1100

1110

0101

010

000

010

000

001

000

7）在以上几步实验的基础上，选择几条扩展指令，设计出扩展指令的节拍和每拍对应的控制信号。

a）选择扩展指令的A组指令中的RCR指令，观察其节拍流程：

1）、置拨动开关SW＝00101011 00010000； 2）、按RESET按键；节拍指示灯T3 ~T0显示1000； 3）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000； 4）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010； 5）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0011；

b）选择扩展指令的C级指令中的LDRA指令，观察其流程：

1）、置拨动开关SW＝11100100 00000000； 2）、按RESET按键；节拍指示灯T3 ~T0显示1000； 3）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000； 4）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010； 5）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0110； 6）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0111； 7）、按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0101；

8）设计几条扩展指令的控制信号如下：

a）选择扩展指令ADC、STC、JRS、LDRX和JMPR。

b）根据设计的控制信号的表格用ABEL语言编写MACH的逻辑表达式。

c）将编好的程序MACHC.JED下载到MACH芯片内。

节拍

指令

编码

/MIO

REQ

/WE

Sci

SSH

I8-6

I5-3

I2-0

SST

DC1

DC2

1000

展开阅读全文