計算機的組成原理實驗報告冊

-.z.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)在計算機組成中的地位和作用。2、實驗平臺硬件平臺：清華大學(xué)TEC-*P實驗箱的MACH局部軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.e*e、PC端指令集仿真軟件3、實驗要求1〕學(xué)習(xí)聯(lián)機使用TEC-*P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器碼之間的關(guān)系，用G命令連續(xù)運行該程序，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0000——1FFF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)機操作：1.將實驗箱COM1口與PC機相連；2.設(shè)置功能狀態(tài)開關(guān)為00110；3.于PC端運行Pcec16.e*e；4.按RESET，START鍵，假設(shè)PC端出現(xiàn)如下輸出〔如圖1.1所示〕，則操作成功；圖1.12〕仿真軟件相關(guān)操作：1.在工程文件夾找到tec2ksim.e*e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〕，則操作成功；圖2.33〕理解以下監(jiān)控命令功能：A、U、G、R、E、D、T1.A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，則完畢A命令〔如圖3.1所示〕；圖3.12.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〕；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。3.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〕；圖3.34.R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)存放器的值〔如圖3.4所示〕；圖3.45.E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〕；圖3.56.D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〕；圖3.67.T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〕；圖3.74〕編程中不能隨意使用的存放器及他們分別表示什么含義：1.R4：R4是操作系統(tǒng)的棧頂指針，指向堆棧的頂部；2.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，則計算該值到10的累加和，結(jié)果存入R2中。1.通過A命令編寫程序〔強烈建議同學(xué)們自己思考編程，不要直接照搬代碼，〕；圖5.12.通過G命令運行程序；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-*P實驗箱的AM2901運算器局部軟件平臺：PC端脫機運算器仿真程序3、實驗要求1〕了解TEC-*P運算器根本組件2901的工作原理；2〕了解TEC-*P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：1**002)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)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：啟動PC端脫機運算器仿真程序圖4.1輸入指令編碼注：在實驗箱上，ALU輸出不需要觸發(fā)，而軟件模擬器則需要鼠標(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.圖4.2b.圖4.3c.圖4.4d.圖4.5e.圖4.6f.圖4.7g.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_←1234MVRD01100011100100000001不用R_9_←789FMVRD01100011100100001001不用R_1_←R_9_-R_1_SUB011010001001000100011001R_1_←R_1_+1INC01100001100100010001不用R_10_←R_1_MVRR011000100001000010100001R10←R10ΛR_1_AND011100001001000010100001Q←R_10_MVRR0110001000010000不用1010控制作用根本指令集或者擴展指令集指令Y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端口地址功能按START之前按START之后Y15-Y0CZVSY15-Y0CZVSR_1_←1234

1234

1234

R_9_←789F

789F

789F

R_1_←R_9_-R_1_

666B

5407

R_1_←R_1_+1

666C

666D

R_10_←R_1_

666C

666C

R10←R10ΛR_1_

666C

666C

Q←R_10_

666C

666C

注：脫機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)計算機存儲器系統(tǒng)的方法〔即字、位擴展技術(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-*P實驗箱、擴展芯片HN58C65p—25軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.e*e、PC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)機操作步驟〔參考實驗一〕；001102)完成HN58c65p-25兩片EEPROM的物理擴展；3〕完成必要的跳線設(shè)置，課堂中擴展的EEPROM的地址范圍為；4000-5FFF4〕用監(jiān)控程序的D、E命令對存儲器進(jìn)展讀寫，比擬RAM〔6116〕、EEPROM〔28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RAM〔6116〕和擴展存儲器EEPROM〔28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)存儲到擴展之后的5000開場的EEPROM存儲器單元中。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；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恚瑢W(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〔ISR〕2、實驗平臺硬件平臺：清華大學(xué)TEC-*P實驗箱的右下角中斷按鈕局部軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.e*e、PC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)則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—*P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4.1〕圖4.1IRET：中斷返回指令，用E命令寫入EF00〔如圖4.2〕圖4.2DI：關(guān)中斷指令，用E命令寫入6F00〔如圖4.3〕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，如果按下任意鍵則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圖4.5編寫第二、三段中斷子程序〔似第一段〕圖4.6圖4.7編寫第二、三段中斷子程序〔似第一段〕圖4.8程序運行成功實驗五I/O接口擴展實驗實驗時間：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-*P實驗箱的I/O接口局部軟件平臺：監(jiān)控程序pcec16.e*e3、實驗要求1〕按照實驗要求必要的連線2〕擴展另外一片8251串口芯片3〕根據(jù)實驗ppt完成必要的跳線設(shè)置，確定擴展I/O口的地址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：擴展I/O地址為A0H-AFH;對應(yīng)存放器地址A0-AF3〕擴展串口在使用之前的初始化代碼圖4