計算機組成原理綜合實驗任 務 書一、 目的與要求1 目的1.1 學習和了解TEC-XP16教學實驗系統(tǒng)監(jiān)控命令的用法；1.2 學習和了解TEC-XP16教學實驗系統(tǒng)的指令系統(tǒng)；1.3 學習簡單的TEC-XP16教學實驗系統(tǒng)匯編程序設計；1.4 熟悉與深入理解4位的運算器芯片Am2901的功能和內部組成，運行中要求使用的控制信號及其各自的控制作用；1.5 熟悉與深入理解用4片4位的運算器芯片構成16位的運算器部件的具體方案，各數(shù)據(jù)位信號、各控制位信號的連接關系；1.6 了解串行接口在投入運行之前必須執(zhí)行的初始化操作的作用，完成初始化操作的具體方案；學習串行口的正確設置與使用，理解接口中是否有數(shù)據(jù)輸入進來，主機傳送到接口中的數(shù)據(jù)是否發(fā)送出去，是由接口內部電路不同狀態(tài)位來指明的，主機通過IN指令查詢接口運行狀態(tài)來了解這些信息。 1.7 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異之處。理解并熟悉通過字、位擴展技術實現(xiàn)擴展存儲器系統(tǒng)容量的方案；1.8 了解如何通過讀、寫存儲器的指令實現(xiàn)對58C65 ROM芯片的讀、寫操作； 加深理解存儲器部件在計算機整機系統(tǒng)中的作用。1.9 熟悉教學計算機的總體組成和各個部件的運行原理，理解控制器部件在計算機系統(tǒng)中的作用。（1） 對微程序控制器：熟悉教學計算機的微指令格式和各個字段的控制功能，理解微指令下地址字段的作用，并學會使用這個字段解決微指令之間的接續(xù)關系。熟悉教學計算機的微程序控制器的組成和運行原理，學習設計微程序控制器的過程和方法。（2） 對組合邏輯控制器：熟悉教學組合邏輯控制器的各個控制字段的組成及其控制功能，理解節(jié)拍發(fā)生器線路設計和控制作用，并學會依照指令內容和節(jié)拍狀態(tài)信號寫出每一位控制信號的邏輯表達式。（3） 熟悉教學計算機的微程序控制器的組成和運行原理，學習設計組合邏輯控制器的過程和方法。1.10 熟悉掌握中斷在計算機系統(tǒng)中的作用；了解可以響應中斷請求的條件和時刻，響應中斷的過程和實現(xiàn)方案；理解中斷隱指令的必要性。1.11 掌握確定中斷向量、設計中斷處理程序的操作步驟和實現(xiàn)方法；熟悉掌握中斷在計算機系統(tǒng)中的作用；了解可以響應中斷請求的條件和時刻，響應中斷的過程和實現(xiàn)方案；理解使用中斷隱指令的必要性；2 要求21 實驗之前，認真寫出預習報告，包括實驗用的全部數(shù)據(jù)，實驗操作步驟，實驗電路圖等。22 實驗之后，認真寫出實驗報告，包括實驗過程中遇到的問題，解決的辦法，也包括實驗后的心得體會及對該次實驗的建議與意見。二、 主要內容1 認識性實驗1.1 學習聯(lián)機使用TEC-XP16教學實驗系統(tǒng)和仿真終端軟件PCEC.1.2 學習使用WINDOWS界面的串口通訊軟件。1.3 使用監(jiān)控程序的R命令顯示/修改寄存器內容、D命令顯示存儲器內容、E命令修改存儲器內容；1.4 使用A命令寫一段匯編程序，U命令反匯編剛輸入的程序，用G命令連續(xù)運行該程序，用T、P命令單步運行并觀察程序單步執(zhí)行情況；1.5 完成兩個思考題1: 若把思考題2,IN 81, SHR R0, JRNC 2028三個語句換成4個MVRR R0，R0語句, 該程序執(zhí)行過程會出現(xiàn)什么現(xiàn)象? 試分析并實際執(zhí)行一次。2：若要求在終端屏幕上輸出A到Z共26個英文字母，應如何修改例1中給出的程序? 請驗證之。2 運算器實驗 2.1 脫機的運算器實驗，在教學實驗中實現(xiàn)如表所示7項操作功能在有了預期功能和實現(xiàn)方案之后，要解決的具體問題，就是依據(jù)教學計算機的簡明操作卡中的有關表格中規(guī)定的內容，找出實現(xiàn)每一操作功能要用到的控制碼。2.2 聯(lián)機的運算器實驗，改用教學計算機的指令實現(xiàn)上述脫機運算器實驗完成的功能。需要指出的是不能在教學機的已有指令中實現(xiàn) QR9 的處理功能，因為運算器內部的乘商寄存器Q屬于匯編程序員是不能訪問的專用寄存器，只需完成剩余的其他6項功能即可。教學機指令中也沒有直接求非的指令，需要自己設計改用其他方法實現(xiàn)。3 存儲器及I/O擴展實驗3.1 存儲器擴展實驗（1） 完成存儲器容量擴展的教學實驗，需為擴展存儲器選擇一個地址，并注意讀寫和OE等控制信號的正確狀態(tài)；（2） 用監(jiān)控程序的D、E命令對存儲器進行讀寫，比較RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）EPROM（27系列芯片）在讀寫上的異同；（3） 用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對RAM（6116）進行讀寫，用D命令查看結果是否正確；（4） 用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對擴展存儲器EEPROM（58C65芯片）進行讀寫，用D命令查看結果是否正確；如不正確，分析原因，改寫程序，重新運行；3.2 I/O擴展實驗（1） 為擴展I/O口選擇一個地址，即將COM2口相連的8251的/CS與標有I/O /CS的一排插孔中的一個相連；（2） 將COM2口與終端或另一臺運行有PCEC16的PC機的串口相連；（3） 用監(jiān)控程序的A命令，編寫一段小程序，先初始化COM2口，再向COM2口發(fā)送一些字符，也可從COM2口接收一些字符，或實現(xiàn)兩個串口的通信。（4） 實現(xiàn)另外一種通信方式，一臺教學機COM1口與一臺PC機相連，啟動PCEC-XP16，另外一臺教學機COM1口與一臺PC機相連，用一根串口線將第一臺教學機的COM2口與另一臺教學機的COM2口相連，通過程序完成兩個COM2口的初始化，兩個教學機上的輸入同時顯示在兩個屏幕上，實現(xiàn)雙機的雙向通訊。4 控制器實驗4.1 看懂TEC-XP16教學計算機的功能部件組成和線路邏輯關系，然后分析教學計算機中已經設計好并正常運行的幾條典型指令（例如，ADD、SHR、OUT、MVRD、JRC、CALA、RET等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程。4.2 設計幾條指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、調試正確。在原來提供的MACH程序的基礎上按照ABEL語言的要求添加新指令的控制信號，編譯產生.JED文件并下載到MACH芯片里。4.3 單條運行指令，查看指令的功能、格式和執(zhí)行流程。4.4 用監(jiān)控程序的A、E（擴展指令必須用E命令置入）命令編寫一段小程序，觀察運行結果。觀察終端顯示的結果，檢驗設計的指令是否正確。若與預定結果不符，可查看指令的功能、格式、執(zhí)行、流程設計的是否正確。5 綜合實驗5.1 實現(xiàn)中斷隱指令、與處理中斷有關的EI、DI、IRET三條指令；5.2 確定中斷向量表地址；5.3 設計對應每一個中斷的處理程序；5.4 設計一個死循環(huán)程序并執(zhí)行，程序運行過程中，通過按用作為中斷請求源的3個不同按鈕，則屏幕上會顯示不同的字符序列，可以清楚地看到中斷嵌套的運行情況。三、 進度計劃序號設計(實驗)內容完成時間備注1認識性實驗周一上午11：00驗收2運算器實驗周二下午4：30驗收3存儲器及I/O擴展實驗周三下午4：30驗收4控制器實驗周四周五驗收5綜合實驗周五下午4:30驗收四、 設計（實驗）成果要求1 認識性實驗1.1 初步了解TEC-XP16機開關、指示燈、按鍵的簡單用法。1.2 熟悉TEC-XP16機的指令格式、指令功能、TEC-XP16機匯編程序設計。1.3 熟悉TEC-XP16機監(jiān)控命令的格式、功能與用法。2 運算器實驗2.1 獨立完成運算器手動實驗，且結果正確。2.2 觀察狀態(tài)位的變化，并正確分析原因。2.3 完成運算器聯(lián)機實驗，編程調試成功。3 存儲器及I/O擴展實驗3.1 獨立完成單機擴展串口的通信程序，并調試成功；3.2 獨立完成雙機擴展串口的通信程序，并調試成功；3.3 熟悉串行口的正確設置和使用。3.4 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異之處；3.5 理解并熟悉通過字、位擴展技術實現(xiàn)擴展存儲器系統(tǒng)容量的方案；3.6 了解如何通過讀、寫存儲器的指令實現(xiàn)對58C65 ROM芯片的讀、寫操作； 加深理解存儲器部件在計算機整機系統(tǒng)中的作用。3.7 獨立完成存儲器擴展實驗且結果正確，編程進行擴展存儲空間的讀寫進行驗證。4 控制器實驗4.1設計擴展指令，包括指令功能、指令格式、指令流程、微碼；4.2 在原來提供的MACH程序的基礎上按照ABEL語言的要求添加新指令的控制信號，編譯產生.JED文件并下載到MACH芯片里；并驗證其正確性。5 綜合實驗5.1 實現(xiàn)中斷隱指令、與處理中斷有關的EI、DI、IRET三條擴展指令；5.2 編程實現(xiàn)5級中斷嵌套。五、 考核方式1 總成績考勤成績（占20） 驗收成績（占40） 報告成績（占40）11 考勤成績(1)一周實驗共記10次考勤，共20分。(2) 缺勤，該次考勤成績記0分。(3) 遲到或早退，該次考勤成績記1分。(4) 考勤成績大于等于18分，為優(yōu)秀。(5) 考勤成績少于12分，總成績?yōu)椴患案瘛?2 驗收成績(1) 認識性實驗、運算器實驗、存儲器實驗、控制器實驗及綜合性實驗都需驗收(2) 驗收成績少于26分，總成績?yōu)椴患案瘛?3) 同組人員合作