广工计算机组成原理实验报告.doc

实验题目 实验一 基础汇编语言程序设计

一、实验目的：
（1）学习和了解TEC-XP+教学实验系统监控命令的用法。
（2）学习和了解TEC-XP+教学实验系统的指令系。 
（3）学习简单的TEC-XP+教学实验系统汇编语言程序。
二、实验设备与器材：
1.TEC-XP+教学实验系统
2.仿真终端软件（也可用软件模拟器）
三、实验说明和原理：
在使用教学机之前，先熟悉教学机的各个组成部分，及其使用方法。
四、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命令显示存储器内容、E命令修改存储器内容； 
4、使用A命令编写一小段汇编程序，U命令反汇编刚输入的程序，用G命令连续运行改程序，用T、P命令单步运行并观察程序单步执行的情况。
五、实验步骤：
1. 准备一台串口良好的PC机； 
2. 将TEC-XP+放在试验台上，打开试验箱的盖子，确定电源处在断开状态； 
3. 将黑色的电源线一端接220V交流电源，另一端插在TEC-XP+试验箱的电源插座里； 
4. 取出通讯线，将通讯线的9芯插头接在TEC-XP实验箱的串口“COM1”或“COM2”上，另一端接在PC机的串口上； 
5. 将TEC-XP实验系统左上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，在这个试验中开关应该置为001100； 
6. 打开电源，船型开关和5V电源指示灯亮； 
7. 在pc机上运行PCEC16.EXE； 
8. 按一下RESET键，再按一下START键即可。
**实验结果截图
要求：举例编写汇编程序，用A命令输入，运行并输出结果。
1） 例1：从键盘上接收一个字符并在屏幕上输出显示该字符

2） 例2,：在终端屏幕上输出“0”~“9”十个数字符

*在屏幕上输出“A”~”Z”26个英文字母

3） 例3：连续显示数字，遇到非数字字符的结束输入过程

4）例4：计算1到10的累加和

5） 例5：设计一个有读写内存和子程序调用指令的程序

例6：设计一个程序在屏幕上循环显示95个可打印字符

六、思考题：
1.第33页：改换语句后运行，结果不停输出乱码（由于程序执行速度快于端口输出速度，这样就会跳跃输出）
截图如下：

2.第35页：因为在程序中字符的界值都已经确定了，所以不必判别串行口是否输出完成。
七、实验心得：
1、这是本学期第一次计算机组成原理的实验，我初步掌握了TEC-XP实验系统和PC机上仿真软件、模拟器的基本操作方法。
2、认识并熟悉了一些基本汇编语言的操作，了解到程序内部运行机制，感觉很神奇。
3、第一次实验手忙脚乱，打错指令却忘了时时检查，最后只能重新再输入一遍，做了很多无用功（导致后面两个实验是后来有时间才补上的），但同时也让我对汇编指令更加熟悉了一些。
4.本来想建议说PC端软件可以改进一些，加入后退、修改功能之类的，后来仔细一想，错误的程序输入以后内存的值也被改变了，这样的功能并不实际。
5.这个实验内容较多，需要学会跟同学分工合作才能更好地完成。

实验题目 实验二 脱机运算器实验

一、实验目的：
1、深入了解AM2901运算器的功能与具体用法。 
2、深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。
二、实验设备与器材：
TEC-XP+教学实验系统 
三、实验说明和原理：
脱机运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，只能通过开关，案件控制数学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察结果。 
四、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步骤，通过对AM2901运算器所需的控制信号的设置，使之完成运算，并核对运算结果。
下面先把前边讲过的，与该实验直接有关的结论性内容汇总如下。 
一、12位微型开关的具体控制功能分配如下： 
A口，B口地址：送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号： 
I8-I0：选择操作数来源，运算操作功能，选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码： 
SCI，SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入，移位信号的入/出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。 
二、开关位置说明： 
做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拔动开关。微动开关是红色的，一共有三个，一个微动开关可以提供12位的控制信号，三个开关分别标有SWI1 micro switch 、SW2 micro switch 和SW3 micro switch；数据开关是黑色的，左边的标有SWH的是高8位，右边的标有SWL的是低8位。微动开关与控制信号对应关系见表（从左到右）：

三、开关检测 
红色微动开关是该实验系统使用寿命最短的器件，开关好坏的检测方法比较简单，用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX000”，从左面其第二个和第三个的开关处于任意位置，然后将两个未动开关上的24小纽子依次置为1（开关拨到上方为1），看对应的指示灯是否亮，如果有一个或数个指示灯不亮，则一般是开关除了问题。
五、实验步骤：
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，对运算器的功能进行设置，设置如下：

（1）将教学机左下方的5个拨动开关置为11XX00(单步,16位,脱机);先按一下”RESET”按键,再按一下”START”按键,进行初始化. 
（2）通过16个数据开关设置立即数AAAAH。 
（3）通过SW1、SW2、SW3设置各微码。 
2、按一次START键，立即数XXXXH置入R1，通过显示灯查看按START键后的输出。 
**实验结果截图如下：

六、实验心得：
1.了解了AM2901运算器的功能与具体用法并深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识才能保证实验的顺利进行。
2.本实验数据繁多，操作细微，必须认真细心才行。

实验题目 实验三 存储器部件教学实验

一、实验目的：
1.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。 
2.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。 
3.了解静态存储系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系。 
4.了解如何通过读、写存储器指令实现对58C65ROM芯片的读、写操作。 
5.加深理解对存储器部件在计算机整机系统中的作用。
二、实验设备与器材：
TEC-XP+PC机
三、实验说明和原理：
1.内存储器的原理
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。 
2、扩展教学机的存储空间
四、实验内容：
1、完成存储器扩展的教学实验，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，比较RAM(6116)、EEPROM(28系列芯片）、EPROM(27系列芯片）在读写上的异同。 
3、用监控程序的A命令编写一段程序，对RAM(6116）进行读写，用D命令查看命令是否正确。 
4、用监控程序的A命令编写一段程序，对扩展存储器EEPROM(28系列芯片）进行读写，用D命令查看结果是否正确；若不正确，分析原因，改写程序，重新运作。
五、实验步骤：
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，重新启动实验机后会发现内存单元的值发生了改变。
**实验结果截图如下： 
1>用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

2>用A命令输入一段程序，执行并观察结果。
单步执行之断电前：

断电后：

连续执行之断电前：

断电后：

9.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。 
（1）用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。
断电前：

断电后：

（2）AT28C64B 存储器不能直接用A命令出入程序，单字节的指令可能会写进去，双字节指令的低位会出错（建议试一试），可将编写好的程序用编程器写入片内；也可以将程序放到RAM（6116）中，调用延时子程序，访问AT28C64B中的内存地址。
结果截图如下：

六、 思考题：
1.第48页：断电后该内存单元的值发生改变了。因为RAM的内容关机后无法保存。
2. 第50页1）：E命令是储存寄存器指令A时监控器指令，而E直接多个程序写入AT28C64B的存储单元，写入的速度快，A命令只能是一次写入执行一条程序，是延迟指令，所以用E命令直接写AT28C64B的存储单元，而A命令则有时不正确。
七、实验心得：
1.通过这次实验，对ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法和差异之处有了一定的了解。
2.要记得正确连线、细心操作才能顺利完成实验。

实验题目 实验四 组合逻辑控制器部件教学实验

一、实验目的：
1、深入理解计算机控制器的功能、组成知识。 
2、深入的学习计算机各类典型指令的执行流程。 
3、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体总概念。 
4、学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术。
二、实验设备与器材：
TEC-XP教学计算机 
三、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）在给出的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。
四、实验内容：
1、看懂TEC-XP+教学计算机功能组件和线路逻辑关系分析教学计算机已经设计好并正常运行的几条典型指令（ADD、SHR、OUT、MVRD、CALA、RET）的功能、格式、执行流程。 
2、设计几条指令的功能、格式、执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。例如ADC、JRS、JRNS、LDRA等。 
3、 单条运行指令，查看指令的功能、格式、执行流程。 
4、用监控程序的AE命令编写一段小程序，观察运行结果。
五、实验步骤：
用教学计算机以实现的基本指令很扩展指令写程序并运行，测试扩展的指令是否正确。 
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。 
**实验结果截图如下：
（1） 测试ADC指令

（2） 测试JMPR指令

（3） 测试JRS指令

（4） 测试LDRX、STRX指令
例1：LDRX指令

例2：STRX指令

六、实验心得：
1.看懂教学计算机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。
2.深入理解计算机控制器的功能、组成知识，深入学习计算机各类典型指令的执行流程。
3.对于指令代码的理解，使自己进一步加深对组合逻辑控制器部件的认识。

实验题目 实验五 微程序控制器部件教学实验

一、实验目的：
1.全面掌握计算机各部件组成及相互联接关系 
2.深入理解计算机微程序控制器的功能组成知识 
3.深入的学习计算机各类典型的指令的执行流程 
4.对指令格式，寻址方式，指令系统，指令分类等建立具体总概念 
5.学习微程序控制器的设计过程和相关过程
二、实验设备与器材：
TEC-XP+教学计算机
三、实验说明和原理：
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+教学机的微程序控制器主要由微程序定序器AM2910、产生当前微地址和下地址的微控存和MACH器件组成。 
2、TEC-XP+教学机上已实现了的全部基本指令和留给用户实现的19条扩展指令的控制信号都是由微控存和MACH给出的。 
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，包括确定要用的操作码,指令中的其它字段的内容分配与使用， 
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）按新指令的功能和格式、设计指令的执行流程。划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计微地址和下地址的取值，应参照已实现指令的处理办法来完成。 
（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）将设计好的微码，装入控制存储器的相应单元。 
（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，来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。
四、实验内容：
1.完成控制器部件的教学实验，主要内容是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。 
2.首先是看懂TEC-XP+教学计算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，注意各操作功能所对应的控制信号的作用。 
3.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。 
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。
五、实验步骤：
1.接通教学机电源。 
2.将教学机左下方的六个拨动开关置为110100. 
3.按一下“RESET”按键。 
4.通过16位的数据开关SWH、SWL置入指令操作码。
5.在单步方式下，通过指示灯观察各类基本指令的微码。
**实验结果截图如下：
9.用A、E键入程序连续运行（扩展指令用E命令键入）
（1）测试ADC指令

（2） 测试CALR指令

（3） 测试指令LDRA

六、思考题：
第66页：不能，A命令只持基本指令，扩展应用指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中。
七、实验心得：
1.之前没把E指令掌握好，闹了个大笑话不说，还浪费了很多时间，以后学习要认真点才行。
2.进一步理解计算机微程序控制器的功能、组成知识，加深学习计算机各类典型指令的执行流程。

实验题目 实验六 输入/输出接口扩展实验 

一、实验目的：
1.了解串行接口与计算机主机之间的数据传送方式。 
2.理解串行接口芯片的内部组成和传输数据的运行过程。 
3.了解串行接口再投入运行之前必须执行的初始化操作的作用及完成初始化操作的具体方案。
二、实验设备与器材：
TEC-XP,两台运行PCEC16的PC机
三、实验说明和原理：
使用监控程序实现两个串口的通信。
四、实验内容：
1.为扩展I/O口选择一个地址：将与COM2口相连的8251的/CS与标有I/O/CS的插孔中地址为A0~AF的一个相连 
2.将COM2与另一台运行有PCEC16的PC机的串口相连 
3.用监控程序的A命令，编写一段小程序，先初始化COM2口，在向COM2口发送些字符，也可以从COM2口接收一些字符，或实现两个串口的通信。
五、实验步骤：
1、为扩展I/O口选择一个地址：将与COM2口相连的8251的/CS与标有I/O/CS的插孔中的地址为A0~AF的一个相连. 
2、将一台教学机COM1口与一台PC机相连，在PC机上启动PCEC16.EXE。 
3、将另一台教学机COM1口与另一台PC机相连，同样启动PCEC16.EXE。 
4、用另一根串口线将将第一台的教学机的COM2口和另一台教学机的COM2口相连。 
5、在两台PC机对应的PCEC上分别输入程序并运行。
**实验结果截图如下：
本机截图：

联机截图：

六、实验心得：
1.做题绝对要仔细！把接线正确连接是基础，一开始就得检查好，不能看见线事先连接好就偷懒不检查。
2.做事要有耐心，一次不成功就尝试第二次，总会有成功的那天的。
3.老师、同学之间的协作是很重要的，不仅仅能增加彼此的交流，也能通过双方一起讨论解决问题，快速找出答案。