1、計算機(jī)組成原理實(shí)驗指導(dǎo)重慶文理學(xué)院計算機(jī)學(xué)院 賈旭飛實(shí)驗一 監(jiān)控程序與匯編語言程序設(shè)計一、實(shí)驗原理：教學(xué)機(jī)的監(jiān)控程序是用教學(xué)機(jī)的匯編語言實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行在教學(xué)機(jī)的硬件系統(tǒng)之上。它的主要功能是支持把計算機(jī)終端或PC機(jī)仿真終端接入教學(xué)機(jī)系統(tǒng)，使用這樣的設(shè)備執(zhí)行輸入/輸出操作，運(yùn)行教學(xué)機(jī)的有關(guān)程序，以更方便直觀的形式支持教學(xué)機(jī)上的各項實(shí)驗功能，提供教學(xué)機(jī)匯編語言的可用子程序。監(jiān)控程序提供類似PC機(jī)DOS系統(tǒng)下的Debug程序的功能，支持A、U、G、P、T、R、D和E共8個監(jiān)控命令。監(jiān)控命令的格式為：單字母的命令名后跟回車，或命令名后跟一個地址參數(shù)，或寄存器名（編號）參數(shù)。當(dāng)有些命令運(yùn)行時需要參數(shù)，但命令

2、名后又不跟參數(shù)時，監(jiān)控程序會從內(nèi)存指定單元取一個默認(rèn)的地址參數(shù)值，通常為該命令前一次運(yùn)行后所接收地址。TEC2機(jī)從終端接收地址、指令，數(shù)值時，均用最多4位的16進(jìn)制數(shù)輸入與顯示，并且不能（或說不必）用跟字符h加以標(biāo)志。 單條匯編命令A(yù)格式：Aadr這里的adr表示此處的地址參數(shù)adr為任選項（但選擇范圍必須為0800H0FFFH）。無此參數(shù)時，系統(tǒng)將取默認(rèn)值。該規(guī)則下同。功能：完成單條指令的匯編操作，把產(chǎn)生出來的TEC2機(jī)的執(zhí)行代碼放入對應(yīng)的內(nèi)存單元中。命令名后的地址是頭一條匯編語句的執(zhí)行碼的內(nèi)存單元地址。每條語句匯編完成之后，系統(tǒng)將相應(yīng)修改地址值，以便正確處理下條匯編語句。在應(yīng)該輸入?yún)R編語句

3、時，不給出匯編語句而直接回車，則結(jié)束A命令的運(yùn)行過程。若匯編中發(fā)現(xiàn)語法錯誤，用指明出錯位置后請求重新給出正確語句。要說明，這里的單條匯編功能不很完善，例如不支持語句標(biāo)號，也不能使用偽指令等。遇到這些問題，要求使用者直接使用機(jī)器碼，并通過E命令將其送入相應(yīng)內(nèi)存單元。 反匯編命令U格式：Uadr功能：每次從指定的（或默認(rèn)的）地址反匯編15條命令，并將結(jié)果顯示在終端屏幕上。反匯編完成之后，已將該命令的默認(rèn)地址修改好。接下來再鍵入不帶參數(shù)的U命令，保證接著從上一次反匯編的最后一條語句之后繼續(xù)反匯編。 執(zhí)行程序命令G格式：Gadr功能：從指定的（或默認(rèn)的）地址連續(xù)運(yùn)行一個用戶程序。為了使程序執(zhí)行后能返回

4、監(jiān)控程序，要求每個程序的最后一條指令應(yīng)為RET指令。 單指令執(zhí)行程序命令T和P格式：PadrTadr功能：從指定地址（或PC中的當(dāng)前地址）開始單條執(zhí)行程序指令。通常情況下，每按一次T或P將執(zhí)行一條指令。T和P命令的區(qū)別是，T總是執(zhí)行單條指令，但執(zhí)行P命令時，則把每一個CALL語句連同被調(diào)用的子程序一次執(zhí)行完成。每次執(zhí)行后均顯示所有通用寄存器及狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，并反匯編出下一條將要執(zhí)行的指令。由于P和T命令是通過設(shè)置斷點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，而在ROM區(qū)不能設(shè)置斷點(diǎn)，故不能用它們來執(zhí)行固化在ROM區(qū)中的監(jiān)控程序。 顯示 / 修改寄存器內(nèi)容的命令R格式：Rreg其中reg為寄存器名R0R15或SP（R4），P

5、C（R5），IP（R6），當(dāng)R命令不帶帶寄存器名時，顯示全部寄存器（包括SP，PC和IP）及狀態(tài)寄存器的值，并反匯編當(dāng)前PC所指的一條指令，其中狀態(tài)的顯示格式為：“F = 8位二進(jìn)制數(shù)”，其各位的值分別對應(yīng)于C、Z、V、S，INTE、P2、P1、P0的值，當(dāng)R命令帶有寄存器名時，先顯示出該寄存器的值，若修改打入新值回車，否則只按回車即可。 顯示存儲器內(nèi)容的命令D格式：Dadr功能：從指定（或默認(rèn)）地址開始顯示內(nèi)存120個存儲字的內(nèi)容。顯示的格式：最左一列4位的16進(jìn)制數(shù)是本行中第一個字的地址，接下來的8列是4位的16進(jìn)制的8個連續(xù)內(nèi)存字的內(nèi)容，最右一列是每個字節(jié)所對應(yīng)的ASC字符。當(dāng)其值不為可

6、顯示字符的ASC碼值時，用一個“.”字符標(biāo)記。連續(xù)的D命令，保證所顯示內(nèi)容前后正確的連續(xù)關(guān)系，即每次執(zhí)行D命令，會將默認(rèn)的地址值加上120。TEC2機(jī)通常采用字地址讀寫內(nèi)存。 修改存儲器內(nèi)容命令E格式：Eadr功能：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值存回該內(nèi)存單元。若用戶未打入新值就打了空格鍵，則該內(nèi)存單元內(nèi)容保持不變。若在打入新值后跟空格鍵，則內(nèi)存單元內(nèi)容寫成新值?？崭矜I表明要連續(xù)修改一片內(nèi)存區(qū)，故接下來顯示下一個單元的內(nèi)容并等待修改。打回車鍵，則會結(jié)束E命令的執(zhí)行過程，若回車前打入一個新值，相應(yīng)內(nèi)存單元的內(nèi)容也將被修改。注：進(jìn)入監(jiān)控程序的具體操作步驟：1

7、 準(zhǔn)備一臺串口工作良好的PC機(jī)；2 將TEC-2 放在實(shí)驗臺上，打開實(shí)驗箱的蓋子，確定電源處于斷開狀態(tài)；3 將黑色的電源線一端接220V交流電源，另一端插在TEC-2 實(shí)驗箱的電源插座里；4 取出通訊線，將通訊線的9芯插頭接在TEC-2 實(shí)驗箱上的串口“COM1”上，另一端接到PC機(jī)的串口上；5 將TEC-2 實(shí)驗系統(tǒng)左下方的五個黑色的控制機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)置于正確的位置，在找個實(shí)驗中開關(guān)應(yīng)置為00110（連續(xù)、內(nèi)存讀指令、組合邏輯、聯(lián)機(jī)、16位），控制開關(guān)的功能在開關(guān)上、下方有標(biāo)識：開關(guān)撥向上方表示“1”，撥向下方表示“0”，“X”表示任意，其他實(shí)驗相同；6 打開電源，船形開關(guān)和5V電源指示

8、燈亮。7 在PC機(jī)上運(yùn)行PCEC16.EXE文件，根據(jù)連接的PC機(jī)的串口設(shè)置所用PC機(jī)的串口為“1”或“2”，其它的設(shè)置一般不用改動，直接回車即可。（具體步驟附后）8 按一下“RESET”按鍵，再按一下“START”按鍵，主機(jī)上顯示：TEC-2000 CRT MONITORVersion 2.0 April 2001Computer Architectur Lab., Tsinghua UniversityProgrammed by He Jia二、實(shí)驗?zāi)康模? 學(xué)習(xí)和了解TEC-2000 十六位機(jī)監(jiān)控命令的用法；2 學(xué)習(xí)和了解TEC-2000 十六位機(jī)的指令系統(tǒng)；3 學(xué)習(xí)簡單的TEC-200

9、0 十六位機(jī)匯編程序設(shè)計；三、實(shí)驗內(nèi)容：1 使用監(jiān)控程序的R 命令顯示/修改寄存器內(nèi)容、D 命令顯示存儲器內(nèi)容、E 命令修改存儲器內(nèi)容；2 使用A 命令寫一小段匯編程序，U 命令反匯編剛輸入的程序，用G 命令連續(xù)運(yùn)行該程序，用T、P 命令單步運(yùn)行并觀察程序單步執(zhí)行情況；實(shí)驗要求：在使用該教學(xué)機(jī)之前，應(yīng)先熟悉教學(xué)機(jī)的各個組成部分，及其使用方法。實(shí)驗步驟：1 關(guān)閉電源，將大板上的COM1 口與PC 機(jī)的串口相連；2 接通電源，在PC 機(jī)上運(yùn)行PCEC.EXE 文件，設(shè)置所用PC 機(jī)的串口為“1”或“2”,其它的設(shè)置一般不用改動,直接回車即可；3 置控制開關(guān)為00101（連續(xù)、內(nèi)存讀指令、組合邏輯、

10、16 位、聯(lián)機(jī)），開關(guān)撥向上方表示“1”，撥向下方表示“0”，“X”表示任意。其它實(shí)驗相同；4 按一下“RESET”按鍵,再按一下“START”按鍵，主機(jī)上顯示：TEC-2000 CRT MONITORVersion 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.， Tsinghua UniversityProgrammed by He Jia5 用R 命令查看寄存器內(nèi)容或修改寄存器的內(nèi)容1）在命令行提示符狀態(tài)下輸入：R ；顯示寄存器的內(nèi)容注：寄存器的內(nèi)容在運(yùn)行程序或執(zhí)行命令后會發(fā)生變化。2）在命令行提示符狀態(tài)下輸入：R R0 ；修改寄存器R0 的內(nèi)容，被修改的

11、寄存器與所賦值之間可以無空格,也可有一個或數(shù)個空格主機(jī)顯示:寄存器原值:_在該提示符下輸入新的值0036再用R 命令顯示寄存器內(nèi)容，則R0 的內(nèi)容變?yōu)?036。6 用D 命令顯示存儲器內(nèi)容在命令行提示符狀態(tài)下輸入：D 2000會顯示從2000H 地址開始的連續(xù)128 個字的內(nèi)容；連續(xù)使用不帶參數(shù)的D 命令，起始地址會自動加128（即80H）。7.用E 命令修改存儲器內(nèi)容在命令行提示符狀態(tài)下輸入：E 2000屏幕顯示:2000 地址單元的原有內(nèi)容:光標(biāo)閃爍等待輸入輸入 0000依次改變地址單元20012005 的內(nèi)容為:1111 2222 3333 4444 5555注意：用E 命令連續(xù)修改內(nèi)存

12、單元的值時，每修改完一個，按一下空格鍵，系統(tǒng)會自動給出下一個內(nèi)存單元的值，等待修改；按回車鍵則退出E 命令。用D 命令顯示這幾個單元的內(nèi)容D 2000可以看到這六個地址單元的內(nèi)容變?yōu)?000 1111 2222 3333 4444 5555。8.用A 命令鍵入一段匯編源程序，主要是向累加器送入數(shù)據(jù)和進(jìn)行運(yùn)算，執(zhí)行程序并觀察運(yùn)行結(jié)果。1） 例子1：設(shè)計一個小程序, 從鍵盤上接收一個字符并在屏幕上輸出顯示該字符。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2000 ；屏幕將顯示：2000：輸入如下形式的程序：2000: IN 81 ；判鍵盤上是否按了一個鍵2001：SHR R0 ；即串行口是否有了輸入的字符2

13、002：SHR R02003：JRNC 2000 ；未輸入完則循環(huán)測試2004：IN 80 ；接收該字符2005: OUT 80 ；在屏幕上輸出顯示字符62006: RET ；每個用戶程序都必須用RET 指令結(jié)束2007： ；（按回車鍵即結(jié)束輸入過程）注：在十六位機(jī)中，基本I/O 接口的地址是確定的，數(shù)據(jù)口的的值為80，狀態(tài)口的地址為81。 用“G”命令運(yùn)行程序在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G 2000執(zhí)行上面輸入的程序光標(biāo)閃爍等待輸入，用戶從鍵盤鍵入字符后，屏幕會顯示該字符。8該例建立了一個從主存2000H 地址開始的小程序。在這種方式下, 所有的數(shù)字都約定使用16 進(jìn)制數(shù),故數(shù)字后不用跟字符H

14、。每個用戶程序的最后一個語句一定為RET 匯編語句。因為監(jiān)控程序是選用類似子程序調(diào)用方式使實(shí)驗者的程序投入運(yùn)行的,用戶程序只有用RET 語句結(jié)束, 才能保證程序運(yùn)行結(jié)束時能正確返回到監(jiān)控程序的斷點(diǎn), 保證監(jiān)控程序能繼續(xù)控制教學(xué)機(jī)的運(yùn)行過程。2） 例2:設(shè)計一個小程序, 用次數(shù)控制在終端屏幕上輸出0到9十個數(shù)字符。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2020屏幕將顯示：2020：從地址2020H 開始輸入下列程序:2020:MVRD R2,00OA ；送入輸出字符個數(shù)2022:MVRD R0,0030 ；“0”字符的ASCII 碼送寄存器R02024:OUT 80 ；輸出保存在R0 低位字節(jié)的字符2

15、025:DEC R2 ；輸出字符個數(shù)減12026:JRZ 202E ；判10 個字符輸出完否,已完，則轉(zhuǎn)到程序結(jié)束處2027:PUSH R0 ；未完，保存R0 的值到堆棧中2028:IN 81 ；查詢接口狀態(tài)，判字符串行輸出完成否,2029:SHR R0 ；202A:JRNC 2028 ；未完成, 則循環(huán)等待202B:POP R0 ；已完成, 準(zhǔn)備輸出下一字符并從堆棧恢復(fù)R0 的值202C:INC R0 ；得到下一個要輸出的字符202D:JR 2024 ；轉(zhuǎn)去輸出字符202E:RET202F：該程序的執(zhí)行碼放在2020H 起始的連續(xù)內(nèi)存區(qū)中。若送入源碼的過程中有錯, 系統(tǒng)會進(jìn)行提示, 等待重新

16、輸入正確匯編語句。在輸入過程中, 在應(yīng)輸入語句的位置直接打回車則結(jié)束輸入過程。 用“G”命令運(yùn)行程序在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G 2020執(zhí)行結(jié)果為：思考題: 當(dāng)把IN 01, SHR R0, JNC 2029 三個語句換成4 個MOV 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(shí)際執(zhí)行一次。提示：該程序改變這三條語句后，若用T 命令單條執(zhí)行，會依次顯示09 十個數(shù)字。若用G 命令運(yùn)行程序，程序執(zhí)行速度快，端口輸出速度慢，這樣就會跳躍輸出。在命令行提示符狀態(tài)下輸G 2020，屏幕顯示09。類似的, 若要求在終端屏幕上輸出A到Z共26 個英文字母，應(yīng)如何修改例1中給出的程序? 請

17、驗證之。9參考答案：在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2100屏幕將顯示：2100：從地址2100H 開始輸入下列程序：(2100) MVRD R2，001A ；循環(huán)次數(shù)為26MVRD R0，0041 ；字符“A”的值(2104) OUT 80 ；輸出保存在R0 低位字節(jié)的字符DEC R2 ；輸出字符個數(shù)減1JRZ 210E ；判26 個字符輸出完否,已完，則轉(zhuǎn)移到程序結(jié)束處PUSH R0 ；未完，保存R0 的值到堆棧中（2108）IN 81 ；查詢接口狀態(tài)，判字符串行輸出完成否SHR R0JRNC 2108 ；未完成, 則循環(huán)等待POP R0 ；已完成, 準(zhǔn)備輸出下一字符，從堆?；謴?fù)R0 的值I

18、NC R0 ；得到下一個要輸出的字符JR 2104 ；轉(zhuǎn)去輸出字符（210E）RET用G 命令執(zhí)行該程序，屏幕上顯示“A”“Z”26 個英文字母.例子3: 從鍵盤上連續(xù)打入多個屬于0到9的數(shù)字符并在屏幕上顯示, 遇非數(shù)字符結(jié)束輸入過程。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A 2040屏幕將顯示：2040：從地址2040H 開始輸入下列程序:（2040）MVRD R2, 0030 ； 用于判數(shù)字符的下界值MVRD R3, 0039 ； 用于判數(shù)字符的上界值(2044) IN 81 ； 判鍵盤上是否按了一個鍵,SHR R0 ； 即串行口是否有了輸入的字符SHR R0JRNC 2044 ； 沒有輸入則循環(huán)測

19、試IN 80 ； 輸入字符到R0MVRD R1,00FFAND R0,R1 ；清零R0 的高位字節(jié)內(nèi)容CMP R0, R2 ； 判輸入字符字符0否JRNC 2053 ； 為否, 則轉(zhuǎn)到程序結(jié)束處CMP R3, R0 ； 判輸入字符字符9否JRNC 2053 ； 為否, 則轉(zhuǎn)到程序結(jié)束處OUT 80 ； 輸出剛輸入的數(shù)字符10JMPA 2044 ； 轉(zhuǎn)去程序前邊2044 處等待輸入下一個字符(2053) RET 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G 2040光標(biāo)閃爍等待鍵盤輸入，若輸入0-9 十個數(shù)字符，則在屏幕上回顯；若輸入非數(shù)字符，則屏幕不再顯示該字符，出現(xiàn)命令提示符，等待新命令。思考題, 本程序中

20、為什么不必判別串行口輸出完成否? 設(shè)計打入AZ和09的程序, 遇其它字符結(jié)束輸入過程。實(shí)驗二 運(yùn)算器實(shí)驗一、 實(shí)驗原理：運(yùn)算器是計算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算操作的部件。運(yùn)算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。運(yùn)算器的組成除了必須的ALU單元外，寄存器和移位器也是必需。寄存器用于提供操作數(shù)和存放運(yùn)算結(jié)果，以節(jié)省訪存時間；移位器可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位功能，以擴(kuò)展ALU的運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)傳送的靈活性。美國AMD公司生產(chǎn)的AM2901芯片是典型的運(yùn)算器芯片。1、AM2901的結(jié)構(gòu)與組成 AM2901芯片是一個4位的，位片結(jié)構(gòu)的、完整的運(yùn)算器器件。A

21、M2901由ALU、輸入多路選擇器、輸出選擇門、寄存器組和移位器等器件組成，如圖1-1所示，作為教學(xué)內(nèi)容的實(shí)例具有很好的典型性。2、AM2901各組成部分及其功能1）ALU 為4位算術(shù)邏輯單元，有8種運(yùn)算功能，由外部送入3位信號I5，I4，I3的編碼值來確定執(zhí)行哪種功能。2）存器組 AM2901具有由16個4位寄存器組成的寄存器組，作為通用寄存器組使用。該寄存器組有兩個4位地址譯碼器A和B，其中A譯碼器只具有讀出數(shù)據(jù)功能，而B譯碼器具有讀出和寫入兩種功能。也就是說，該寄存器組具有兩個數(shù)據(jù)輸出端口，即A口和B口，輸出的數(shù)據(jù)分別存入鎖存器A和B；一個數(shù)據(jù)輸入端口，即B口。3）寄存器 4位，在乘除運(yùn)

22、算中可用來存放乘數(shù)或商，故稱做乘商寄存器。它本身具有移位功能，即可接受其本身左移一位或右移一位的值，它還可以接收ALU的輸出值。4）輸入多路選擇器 AM2901具有兩個輸入多路選擇器R和S，用于為ALU提供兩個操作數(shù)。其中，R可選擇D數(shù)據(jù)線來的數(shù)據(jù)或A鎖存器的數(shù)據(jù)；而S可從A鎖存器、B鎖存器、Q寄存器3個來源選取數(shù)據(jù)。兩個操作數(shù)的組合由外部送來的3位控制信號I2、I1、I0的編碼確定。5）移位器 4位，用于對ALU的輸出實(shí)現(xiàn)直送、左移或右移。6）輸出選擇門 用于確定AM2901輸出數(shù)據(jù)Y的來源。輸出數(shù)據(jù)Y有兩個來源：一個是ALU的運(yùn)算結(jié)果F，另一個是直接來自A口。輸出數(shù)據(jù)Y的選擇，以及ALU的

23、運(yùn)算結(jié)果F如何傳送給B輸入口或Q寄存器，是由外部送來的3位控制信號I8、I7、I6的編碼值確定的。 3、為了控制AM2901運(yùn)算器按我們的意圖完成預(yù)期的運(yùn)算操作功能，就必須向其提供相應(yīng)的控制信號，包括：用3組各3位的編碼，分別用于選擇ALU的運(yùn)算功能，輸入數(shù)據(jù)，結(jié)果處置方案，具體規(guī)定如表1-1、表1-2、表1-3所示。表1-1 選擇8種運(yùn)算 表1-2 選擇ALU的8種輸入數(shù)據(jù)組合I5 I4 I3運(yùn)算類型I2 I1 I0R來源 S來源0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1RSSRRSRSRSRSRSRS0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01

24、 0 11 1 01 1 1 A Q A B 0 Q 0 B 0 A D A D Q D 0注：D表示外部數(shù)據(jù)表1-3 選擇運(yùn)算器的8種結(jié)果的處置方案I8 I7 I6寄存器組 Q寄存器 Y輸出0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 F Q F FF B AF B FF/2 B Q/2 Q FF/2 B F2F B 2Q Q F2F B F二、實(shí)驗步驟運(yùn)算器部件的實(shí)驗，要在教學(xué)計算機(jī)主板上進(jìn)行，既可以在脫機(jī)方式下完成，也可以在聯(lián)機(jī)方式下完成。脫機(jī)方式是指使運(yùn)算器部件完全脫離與計算機(jī)主機(jī)其他部件正常的連接關(guān)系，在完全孤立出來的運(yùn)算器上進(jìn)行的教學(xué)實(shí)驗。此時，

25、只能通過數(shù)據(jù)開關(guān)提供參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)，通過微型開關(guān)提供操作運(yùn)算器完成運(yùn)算所必需的控制信號，通過信號指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果，操作簡單，實(shí)驗結(jié)果清晰易理解。聯(lián)機(jī)方式是指在運(yùn)算器部件與計算機(jī)主機(jī)保持連接關(guān)系，教學(xué)計算機(jī)可以正常執(zhí)行指令的情況下進(jìn)行的以運(yùn)算器為重點(diǎn)的教學(xué)實(shí)驗。此時，可以通過指令提供參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)，通過控制器提供操作運(yùn)算器完成運(yùn)算所必需的控制信號，通過信號指示燈或者通過運(yùn)行監(jiān)控程序觀察運(yùn)算結(jié)果，操作略顯復(fù)雜。1、脫機(jī)實(shí)驗 打開實(shí)驗箱電源開關(guān)。 將五個控制開關(guān)分別置為 1 0 0 0 0注：五個控制開關(guān)從左至右分別是：Step/Cntnu、Hndlns/MEMIns、Comloq/Microp、

26、LinkMachi/LeaveMachine、8Bit/16Bit即：單步/連續(xù)、手動執(zhí)行/程序存儲、組合邏輯/微程序控制、聯(lián)機(jī)/脫機(jī)、8位/16位1：代表上檔功能，0：代表下檔功能 將AAAA送入R0 微型開關(guān)分別置為0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0注：微型開關(guān)從左至右分別對應(yīng)的控制信號是：I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 SST A端口地址 B端口地址 SSH SCI其中：SST為狀態(tài)寄存器接收，SSH為最底位進(jìn)位，SCI為移位控制 設(shè)置數(shù)據(jù)開關(guān)為AAAA（16進(jìn)制） 按START按鈕 將5555送入R1 微

27、型開關(guān)分別置為0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 設(shè)置數(shù)據(jù)開關(guān)為5555（16進(jìn)制） 按START按鈕 R0R1 R1微型開關(guān)分別置為0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 02、聯(lián)機(jī)實(shí)驗 將通訊線一端接實(shí)驗箱上，另一端插頭后接PC機(jī)任意COM口。 注：這里PC機(jī)只是實(shí)驗箱的輸入輸出設(shè)備。 將五個控制開關(guān)分別置為 0 0 0 1 0。 打開計算機(jī)，運(yùn)行PCEC程序，選擇所接COM口后按回車。按F10進(jìn)入主菜單，選擇0，分別按實(shí)驗箱上的RESET、START按鈕，進(jìn)入監(jiān)控程序。 屏幕出

28、現(xiàn)提示符 ，即可用A命令輸入程序 A2000 MOV R0 , AAAAMOV R1 , 5555ADD R1 , R0RET（5）用T命令觀察運(yùn)行結(jié)果。三、實(shí)驗要求1、認(rèn)真寫出預(yù)習(xí)報告，包括實(shí)驗用的全部數(shù)據(jù)，實(shí)驗操作步驟等。2、實(shí)驗之后寫出實(shí)驗報告，包括實(shí)驗過程中遇到的問題，解決方法，實(shí)驗后的心得體會及對該次實(shí)驗的建議與意見。實(shí)驗三 儲器部件實(shí)驗實(shí)驗?zāi)康模和ㄟ^看懂教學(xué)計算機(jī)中已經(jīng)使用的幾個存儲器芯片的邏輯連接關(guān)系和用于完成存儲器容量擴(kuò)展的幾個存儲器芯片的布線安排，在教學(xué)計算機(jī)上設(shè)計、實(shí)現(xiàn)并調(diào)試出存儲器容量擴(kuò)展的實(shí)驗內(nèi)容。其最終要達(dá)到的目的是：1. 深入理解計算機(jī)內(nèi)存儲器的功能、組成知識；2.

29、 深入地學(xué)懂靜態(tài)存儲器芯片的讀寫原理和用他們組成教學(xué)計算機(jī)存儲器系統(tǒng)的方法（即字、位擴(kuò)展技術(shù)），控制其運(yùn)行的方式；思考并對比靜態(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。實(shí)驗說明：教學(xué)計算機(jī)存儲器系統(tǒng)由ROM和RAM兩個存儲區(qū)組成，分別由EPROM芯片（或EEPROM芯片）和RAM芯片組成。TEC-2 教學(xué)計算機(jī)中還安排了另幾個存儲器器件插座，可以插上相應(yīng)存儲器芯片以完成存儲器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗，為此必須比較清楚地了解：1 TEC-2 教學(xué)機(jī)的存儲器系統(tǒng)的總體組成及其連接關(guān)系；2 TEC-2 教學(xué)機(jī)的有關(guān)存儲器芯片、I/O接口芯片的片選信號控制和讀寫命令的給出和具體使用方法；3 RAM

30、和EPROM、EEPROM存儲器芯片在讀寫控制、寫入時間等方面的同異之處，并正確建立連線關(guān)系和在程序中完成正確的讀寫過程；4 如何在TEC-2 教學(xué)機(jī)中使用擴(kuò)展的存儲器空間并檢查其運(yùn)行的正確性。實(shí)驗內(nèi)容：1 要完成存儲器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗，需為擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；4 用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對擴(kuò)展存儲器EEPROM(

31、28系列芯片)進(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；如不正確，分析原因，改寫程序，重新運(yùn)行。實(shí)驗要求：1 實(shí)驗之前，應(yīng)認(rèn)真預(yù)先準(zhǔn)備，寫出實(shí)驗步驟和具體設(shè)計內(nèi)容，否則實(shí)驗效率會特別低，一次實(shí)驗時間根本無法完成實(shí)驗任務(wù)，即使基本做對了，也很難說學(xué)懂了些什么重要教學(xué)內(nèi)容；2 實(shí)驗過程中，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗操作，既不要因為粗心造成短路等事故而損壞設(shè)備，又要仔細(xì)思考實(shí)驗有關(guān)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，把自己想不太明白的問題通過實(shí)驗理解清楚，爭取最好的實(shí)驗效果，力求達(dá)到教學(xué)實(shí)驗的主要目的；3 實(shí)驗之后，應(yīng)認(rèn)真思考總結(jié)，寫出實(shí)驗報告，包括實(shí)驗步驟和具體實(shí)驗結(jié)果，遇到主要問題和分析與解決問題的思路。實(shí)驗報告中，

32、還應(yīng)寫出自己的學(xué)習(xí)心得和切身體會，也可以對教學(xué)實(shí)驗提出新的建議等。實(shí)驗報告要交給教師評閱并給出實(shí)驗成績。實(shí)驗步驟：1 檢查FPGA下方的插針要按下列要求短接：標(biāo)有“/MWR” “RD”的插針左邊兩個短接，標(biāo)有“/MRD” “GND”的插針右邊兩個短接，標(biāo)有ROMLCS和RAMLCS的插針短接。2 RAM(6116)支持即時讀寫，可直接用A、E命令向擴(kuò)展的存儲器輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。RAM中的內(nèi)容在斷電后會消失，重新啟動實(shí)驗機(jī)后會發(fā)現(xiàn)內(nèi)存單元的值發(fā)生了改變。1) 用E命令改變內(nèi)存單元的值并用D命令觀察結(jié)果。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入：E 2020屏幕將顯示： 2020 內(nèi)存單元原值：按如下

33、形式鍵入：2020 原值：2222 (空格) 原值：3333 （空格）原值：4444 （空格）原值：5555 在命令行提示符狀態(tài)下輸入： D 2020 屏幕將顯示從2020內(nèi)存單元開始的值，其中2020H2023H的值為： 2222 3333 4444 5555 斷電后重新啟動教學(xué)實(shí)驗機(jī)，用D命令觀察內(nèi)存單元20202023的值。會發(fā)現(xiàn)原來置入到這幾個內(nèi)存單元的值已經(jīng)改變，用戶在使用RAM時，必須每次斷電重啟后都要重新輸入程序或修改內(nèi)存單元的值。2) 用A命令輸入一段程序，執(zhí)行并觀察結(jié)果。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入： A 2000 屏幕將顯示：2000: 按如下形式鍵入： 2000: MVRD

34、 R0, AAAA 2002: MVRD R1, 5555 2004: AND R0, R1 2005: RET 2006 在命令行提示符狀態(tài)下輸入： T 2000 R0的值變?yōu)锳AAAH，其余寄存器的值不變。 T R1的值變?yōu)?555H，其余寄存器的值不變。 T R0的值變?yōu)?000H，其余寄存器的值不變。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入： G 2000 運(yùn)行輸入的程序。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入： R 屏幕顯示： R0=0000 R1=5555 R2= RAM芯片可直接用A命令鍵入程序，但斷電會丟失，要再次調(diào)試該程序必須重新輸入，對那些較長的程序或經(jīng)常用到的程序可通過交叉匯編，在上位機(jī)生成代碼文

35、件，每次加電啟動后不用重新輸入，只需通過PCE16將代碼文件傳送給下位機(jī)即可。3 將擴(kuò)展的ROM芯片（27或28系列或28的替代產(chǎn)品58C65芯片）插入標(biāo)有“EXTROMH”和“EXTROML”的自鎖緊插座，要注意芯片插入的方向，帶有半圓形缺口的一方朝左插入。如果芯片插入方向不對，會導(dǎo)致芯片燒毀。然后鎖緊插座。4 將擴(kuò)展芯片右邊的插針按下列方式短接：將EXTROML芯片右上方的標(biāo)有“WE”和“ALL”的插針下面兩個短接，將它右邊標(biāo)有“TEC” “/CS” “FPGA”的三個插針左邊兩個短接，標(biāo)有XTROMLCS的插針短接，標(biāo)有“TEC” “OE” “GND” “FPGA”的四個插針中間的兩個豎

36、著短接。5 在第四步中將標(biāo)有“TEC” “/CS” “FPGA”的三個插針左邊兩個短接表示擴(kuò)展的ROM的內(nèi)存地址是從4000H開始，可用空間是4000H5FFFH，用戶可在這個范圍內(nèi)輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。也可以將這個插針斷開，將標(biāo)有/CS的圓孔針與標(biāo)有MEM/CS的一排圓孔針中的任意一個用導(dǎo)線相連；注意連接的地址范圍是多少，用戶可用的地址空間是多少。6 將標(biāo)有“DataBus 15-8”和“DataBus 7-0”的數(shù)據(jù)總線的指示燈下方的插針短接。7 將標(biāo)有“AdressBus 15-8”和“AdressBus 7-0”的地址總線的指示燈下方的插針短接。下面以AT28C64B（或其他替代

37、產(chǎn)品58C65芯片）為例，進(jìn)行擴(kuò)展EEPROM實(shí)驗。8 AT28C64B的讀操作和一般的RAM一樣，而其寫操作，需要一定的時間，大約為1毫秒。因此，需要編寫一延遲子程序，在對EEPROM進(jìn)行寫操作時，調(diào)用該子程序，以完成正確的讀寫。1） 用E命令改變內(nèi)存單元的值并用D命令觀察結(jié)果。 在命令行提示符狀態(tài)下輸入: E 5000 屏幕將顯示: 5000 內(nèi)存單元原值: 按如下形式鍵入: 5000 原值: 2424 (按空格) 原值: 3636 (按空格) 原值: 4848 (按空格) 原值:5050 在命令行提示符狀態(tài)下輸入: D 5000 屏幕將顯示5000H507FH內(nèi)存單元的值,從5000開始

38、的連續(xù)四個內(nèi)存單元的值依次為2424 3636 4848 5050. 斷電后重新啟動,用D命令察看內(nèi)存單元50005003的值,會發(fā)現(xiàn)這幾個單元的值沒有發(fā)生改變,說明EEPROM的內(nèi)容斷電后可保存.2） AT28C64B存儲器不能直接用A命令輸入程序,單字節(jié)的指令可能會寫進(jìn)去,雙字節(jié)指令的低位會出錯(建議試一試),可將編寫好的程序用編程器寫入片內(nèi);也可將程序放到RAM(6116)中,調(diào)用延時子程序,訪問AT28C64B中的內(nèi)存地址.下面給出的程序,在5000H500FH單元中依次寫入數(shù)據(jù)0000H、0001H、000FH。從2000H單元開始輸入主程序： （2000）MVRD R0，0000

39、MVRD R2，0010 ；R2記錄循環(huán)次數(shù) MVRD R3，5000 ；R3的內(nèi)容位16位內(nèi)存地址 （2006）STRR R3，R0 ；將R0寄存器的內(nèi)容放到R3給出的內(nèi)存單元中 CALA 2200 ；調(diào)用程序地址為2200的延時子程序 INC R0 ；R0加1 INC R3 ；R3加1 DEC R2 ；R2減1 JRNZ 2006 ；R2不為0跳轉(zhuǎn)到2006H RET 從2200H單元開始輸入延時子程序： （2200）PUSH R3 MVRD R3，F(xiàn)FFF （2203）DEC R3 JRNZ 2203 POP R3 RET 運(yùn)行主程序，在命令提示符下輸入：G 2000 程序執(zhí)行結(jié)束后，在

40、命令提示符下輸入：D 5000 可看到從5000H開始的內(nèi)存單元的值變?yōu)?5000：0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007 5008：0008 0009 000A 000B 000C 000D 000E 000F。 思考：1）為何能用E命令直接寫AT28C64B的存儲單元，而A命令則有時不正確？ 2）修改延時子程序，將其延時改短，可將延時子程序中R3的內(nèi)容賦成00FF或0FFF等，再看運(yùn)行結(jié)果。 注意：實(shí)驗完成后，取下擴(kuò)展芯片，斷開地址和數(shù)據(jù)總線的短路子，將FPGA下方的標(biāo)有“/MWR” “RD”的插針改成右邊兩個短接。四、實(shí)驗要求1、認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗，熟悉

41、主存儲器的讀寫特性及對內(nèi)存有關(guān)信號的推斷。2、實(shí)驗后獨(dú)立填寫實(shí)驗報告。注：HN58C65P-25 8192-word X 8-bit Electrically Erasable and Programmable CMOS ROM HM6116LP-3 2048-word X 8bit High Speed CMOS Static RAM實(shí)驗四 控制器實(shí)驗 控制器部件是計算機(jī)的五大功能部件之一,其作用是向整機(jī)每個部件(包括控制器本身)提供協(xié)同運(yùn)行的需要的控制信號.因而,控制器在計算機(jī)組成原理過程中是非常重要的內(nèi)容,但學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,對其工作原理卻常常感到難以理解.教師在講述這一部分內(nèi)容時,也常

42、常覺得難以敘述清楚,通過本實(shí)驗,輕而易舉的解決了這一問題。一、 實(shí)驗原理 控制器的設(shè)計實(shí)現(xiàn)有兩種方式:一種是微程序,另一種是組合邏輯線路,微程序控制器的工作原理,是用一條微指令的控制命令字段來提供一條機(jī)器指令的一個執(zhí)行步驟所需要的控制信號,用這條微指令的下地址字段,指明下一條微指令在控制器存儲器中的地址,以便從控制器存儲器中讀出下一條微指令.換句話說,每一條微指令對應(yīng)一條機(jī)器指令的一個執(zhí)行步驟。1、微指令格式 微指令由下地址字段及控制字段組成.THUNION教學(xué)機(jī)的微指令格式如下:其中高八位為下地址字段.其余各位為控制字段.1）址形成邏輯 THUNION 教學(xué)機(jī)利用器件形成下一條微指令在控制器

43、存儲器的地址.下地址的形成由下地址字段及控制字段中的CI3SCC控制.當(dāng)為順序執(zhí)行時,下地址字段不起作用.下地址為當(dāng)前微指令地址加1;當(dāng)為轉(zhuǎn)移指令(CI30=0011)時,由控制信號SCC提供轉(zhuǎn)移條件,由下地址字段提供轉(zhuǎn)移地址.2）控制字段控制字段用以向各部件發(fā)送控制信號,使各部件能協(xié)調(diào)工作?？刂谱侄沃懈骺刂菩盘栍腥缦聨最悾?對運(yùn)算器部件為了完成數(shù)據(jù)運(yùn)算和傳送功能，微指令向其提供了24位的控制信號，包括：4位的A、B口地址，用于選擇讀寫的通用積存器組位的控制碼II、II、II，用于選擇結(jié)果處置方案、運(yùn)算功能、數(shù)據(jù)來源。組共位控制信號控制配合的兩片GAL20V83位SST，用于控制記憶的狀態(tài)標(biāo)志

44、位2位SCI，用于控制產(chǎn)生運(yùn)算器低位的進(jìn)位輸入信號2位SSH，用于控制產(chǎn)生運(yùn)算器最高，最地位（和積存器）移位輸入信號 對內(nèi)存儲器I/O和接口部件，控制器主要向它們提供讀寫操作用到的全部控制信號，共3位，即MRW 對CPU內(nèi)部總線數(shù)據(jù)來源的控制，主要通過3位編碼標(biāo)記為DCD，來選擇把哪一組數(shù)據(jù)發(fā)送到內(nèi)部總線（IB）上。 對幾個特定的積存器接受輸入的控制，也通過了編碼C標(biāo)記為D（2），用來選擇允許哪個積存器接受送個它的一組數(shù)據(jù)。2、實(shí)驗步驟1）接通教學(xué)機(jī)電源2）將教學(xué)機(jī)左下方的5個控制開關(guān)置為11010（單步、手動、置指令、微指令、聯(lián)機(jī)、16位）3）按一下“RESET”按鍵4）通過16的數(shù)據(jù)開關(guān)置

45、指令機(jī)器碼如置為0000 0000 0000 0001（表示指令A(yù)DD RO R1）5）按RESET鍵，指示燈亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其它燈全滅。6）按RESET鍵，通過觀察指示燈，得到該指令對應(yīng)的第一條微指令。 1110 0000 0100 0001 0011 0001 0101 0101 0000 0001 0111 0000 此指令的功能為：O-PC、DI#=07）按RESET鍵，通過觀察指示燈，得到該指令對應(yīng)的第二條微指令： 1110 0000 0100 0011 0010 0000 0101 0101 0000 0001 0011 0110 功能：PC-AR

46、、PC+1-PC8）按RESET鍵，通過觀察指示燈，得到該指令對應(yīng)的第三條微指令： 1110 0000 0001 0000 0001 0000 0101 0101 0000 0001 0011 0110 功能：MEM-IR。7）和8）兩步驟合起來即為通常所說的取指，它是將要執(zhí)行的機(jī)器指令從內(nèi)存取出送到指令寄存器中。9）按RESET鍵，通過觀察指示燈，得到該指令對應(yīng)的第四條微指令： 0010 0000 0100 0000 0001 0000 0101 0101 0000 0001 0011 0110 功能：執(zhí)行非操作功能，相當(dāng)于指令譯碼，由下地址字段給出執(zhí)行ADD指令的微指令的轉(zhuǎn)移地址0000

47、0100。10)按RESET鍵，通過觀察指示燈，得到該指令對應(yīng)的第五條微指令： 0011 0000 0100 0001 1011 1000 0000 0001 0001 0000 0000 0000 功能：執(zhí)行R0+R1-R0四、實(shí)驗要求1、認(rèn)真寫出預(yù)習(xí)報告與實(shí)驗報告，未寫出預(yù)習(xí)報告者，不得開始實(shí)驗。2、實(shí)驗報告中要認(rèn)真總結(jié)分析實(shí)驗中的各種現(xiàn)象，特別要把單微指令方式下的調(diào)試過程寫清楚。實(shí)驗五 串行接口輸入輸出實(shí)驗實(shí)驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)串行口的正確設(shè)置與使用。實(shí)驗說明：1 TEC-2 配置了兩個串行接口COM1和COM2，其中COM1口是系統(tǒng)默認(rèn)的串行口，加電復(fù)位后，監(jiān)控程序?qū)ζ溥M(jìn)行初始化，并通過該口與

48、PC機(jī)或終端相連；而COM2口，留給用戶擴(kuò)展用。2 查閱有關(guān)書籍，了解串行通信接口芯片8251的工作原理；了解8251復(fù)位、初始化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。提醒注意的是，每次對8251復(fù)位后（即按1次“RESET”按鍵），都需要對其進(jìn)行初始化，然后再進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)傳輸；復(fù)位后，只能對其進(jìn)行1次初始化，多次初始化將導(dǎo)致串口工作不正常。3 在使用COM2口時，需要將兩片8251芯片之間的插針用短路子短接（出廠時已短接），這樣才能為COM2正常工作提供所需的控制信號和數(shù)據(jù)；另外，還需要為其分配數(shù)據(jù)口地址和控制地址。本教學(xué)機(jī)，已將COM2口的C/（D非）與地址總線的最低位ABO相連，而其片選信號未連，只引出1

49、個插孔，實(shí)驗時，應(yīng)將該插孔與標(biāo)有“I/O /CS”的7個插孔中的1個相連。實(shí)驗內(nèi)容：1 為擴(kuò)展I/O口選擇一個地址，即將與COM2口相連的8251的/CS與標(biāo)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(yùn)行有PCEC16的PC機(jī)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，在向COM2口發(fā)送一些字符，也可從COM2口接收一些字符，或?qū)崿F(xiàn)兩個串口的通信。實(shí)驗要求：1 應(yīng)了解監(jiān)控程序的A命令只支持基本指令，擴(kuò)展指令應(yīng)用E命令將指令代碼寫入到相應(yīng)的存儲單元中。實(shí)驗步驟：1 為擴(kuò)展I/O口選擇一個地址，將與COM2口相連的8251的/CS與標(biāo)有I/O

50、 /CS的插孔中地址為A0AF的一個相連；注意，將兩片8251芯片之間的插針短接（出廠時以按默認(rèn)方式短接）。2 將教學(xué)機(jī)COM1口與一臺PC機(jī)相連，在PC機(jī)上啟動PCEC16.EXE。3 斷開COM1與PC機(jī)的串口線，將其連接到另一臺PC機(jī)或同一臺PC機(jī)的另一個串口，同樣啟動PCEC16.EXE。4 用另一根串口線將COM2口和第一臺PC機(jī)或同一臺PC機(jī)的另一個串口相連。5 在與COM1相連的PCEC上輸入程序，這時主PCEC可以輸入輸出，和COM2連接的時從PCEC只作輸出。6 用A、E命令編程進(jìn)行COM2口的操作。（標(biāo)有*的語句要用E命令直接寫入指令編碼）1） 程序1：COM2口初始化在命

51、令行提示符狀態(tài)下輸入： A 2000從2000H單元開始輸入下面的程序：2000：MVRD R0，004E ；給R0賦值004E2002：OUT A1 ；將R0的值輸出到COM2口的8251中的寄存器中2003：MCRD R0，0037 ；給R0賦值00372005：OUT A1 ；將R0的值輸出到COM2口的8251中的寄存器中2006：RET在命令行提示符狀態(tài)下輸入G 2000運(yùn)行初始化程序，完成對COM2口的初始化。每次按“RESET”按鍵后，在對COM2進(jìn)行讀寫操作之前，都應(yīng)運(yùn)行該程序。需要注意的是，按一次“RESET”按鍵后，只能對COM2口進(jìn)行一次初始化操作。2） 程序2：從COM2口輸入數(shù)據(jù)，然后再與COM1口相連的PC機(jī)上顯示出數(shù)據(jù)。在命令行提示符狀態(tài)下輸入： A 2000從2040H單元開始輸入下面的程序：2040：IN A1 ；判鍵盤上是否按了一個鍵2041：SHR R0 ；即串行口是否有了輸入的字符2042：SHR R02043：JRNC 2040 ；沒有輸入則循環(huán)測試2044：IN A0 ；從COM2口