1、计算机组成原理实验报告书 计算机组成原理实验报告 学院： _专业：_班级：_学号：_姓名：_1 软件的安装、测试与使用实验目的：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统；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. 熟悉实验箱三种工作模式：仿真、脱机、联机实验要求在使用该教学机之前，应先熟悉教学机的各个组成部分，及其使用方法。 实验步骤 一实验具体操作步骤：1 准备一台串口工作良好的PC机；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 将黑色的电源线一端接220V交流电
2、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实验系统左下方的五个黑色的控制机器运行状态的开关置于正确的位置，在找个实验中开关应置为00110（连续、内存读指令、组合逻辑、联机、16位），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，其它实验相同；6 打开电源，船形开关和5V电源指示灯亮。7 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”, 其它的设置一般不
3、用改动,直接回车即可。(具体步骤附后)8 按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，主机上显示： TEC-2000 CRT MONITOR Version 1.0 April 2001 Computer Architectur Lab.， Tsinghua University Programmed by He Jia 二、实验注意事项：1. 连接电源线和通讯线前TEC-XP实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能会对TEC-XP实验系统上的芯片和PC机的串口造成损害；2. 五个黑色控制开关的功能示意图如下： 单步 手动置指令 组合逻辑 联机 8位 上面 下面连续 从内存读指
4、令 微程序 脱机 16位3.几种常用的工作方式（开关拨到上方表示为1，拨到下方为0；）工作方式5个拨动开关连续运行程序、组合逻辑控制器、联机、16位机00110连续运行程序、微程序控制器、联机、16位机00010单步、手动置指令、组合逻辑控制器、联机、16位机11110单步、手动置指令、微程序控制器、联机、16位机1101016位机、脱机运算器实验1XX00三、仿真终端软件的操作步骤：1. 在PC机上建一个文件夹TEC-XP；2. 取出配套的用户盘，将应用程序PCEC16拷贝到用户机器硬盘上该文件夹里；3. 双击PCEC16图标，出现如图所示的界面：4. 系统默认选择串口1，用户可根据实际情况
5、选择串口1或是串口2（这里的串口指的是和 TEC-XP教学实验系统相连的PC机的串口），按回车后出现如图界面： 5. 图中是系统设定的一些传输参数，建议用户不要改动，直接回车。按一下“RESET”按钮放开后再按一下“START”按钮，出现界面如图所示：6. 此时表明TEC-XP机器联机通讯正常。四软件操作注意事项：1 用户在选择串口时，选定的是PC机的串口1或串口2，而不是TEC-XP实验系统上的串口。即选定的是用户实验时通讯线接的PC机的端口；2 如果在运行到第五步时没有出现应该出现的界面，用户需要检查是不是打开了两个软件界面，若是，关掉其中一个再试；3 有时若TEC-XP实验系统不通讯，也
6、可以重新启动软件或是重新启动PC再试；4 在打开该应用软件时，其它的同样会用到该串口的应用软件要先关掉。五联机通讯失败自检：如果上述的硬件和软件的操作都正确，联机却依旧失败，用户可以进行如下测试：1 测试PC机的串口是否能正常工作，或是换一台PC或换同一台PC的另一个串口再试，在换串口时要将TEC-XP实验系统断电，换完后重新启动实验系统和软件；2 检查机器上的元器件插接是否正确（建议用户对照能够正常通讯的实验系统进行详细检查），有没有被学生动过，尤其是扩展内存和扩展I/O接口时，芯片方向是否插对，片选信号有没有连接；3 检查相应的短路子是否连接正确； 4 建议教师预留一台运行正常的TEC-X
7、P实验系统备用，机器出问题后可以对照检查。六：实验总结（实验过程中遇到问题以及解决方案）1 用R命令查看寄存器内容或修改寄存器的内容1） 在命令行提示符状态下输入：R ；显示寄存器的内容注：寄存器的内容在运行程序或执行命令后会发生变化。2） 在命令行提示符状态下输入：R R0 ；修改寄存器R0的内容，被修改的寄存器与所赋值之间可以无空格,也可有一个或数个空格主机显示:寄存器原值:_在该提示符下输入新的值0036再用R命令显示寄存器内容，则R0的内容变为0036。2 用D命令显示存储器内容在命令行提示符状态下输入：D 2000 会显示从2000H地址开始的连续128个字的内容；连续使用不带参数的
8、D命令，起始地址会自动加128（即80H）。 3. 用E命令修改存储器内容在命令行提示符状态下输入：E 2000屏幕显示:2000 地址单元的原有内容:光标闪烁等待输入输入 0000依次改变地址单元20012005的内容为:1111 2222 3333 4444 5555注意：用E命令连续修改内存单元的值时，每修改完一个，按一下空格键，系统会自动给出下一个内存单元的值，等待修改；按回车键则退出E命令。 4 用D命令显示这几个单元的内容D 2000可以看到这六个地址单元的内容变为0000 1111 2222 3333 4444 5555。 5. 用A命令键入一段汇编源程序，主要是向累加器送入数据
9、和进行运算，执行程序并观察运行结果。1） 在命令行提示符状态下输入：A 2000 ；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始屏幕将显示：2000：输入如下形式的程序：2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD与R0之间有且只有一个空格，其他指令相同2002: MVRD R1，55552004: ADD R0，R12005: AND R0，R12006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET指令2007:（直接敲回车键，结束A命令输入程序的操作过程）若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。2） 用U命令反汇编刚输入的程序在命令
10、行提示符状态下输入：U 2000在相应的地址会得到输入的指令及其操作码注：连续使用不带参数的U命令时，将从上一次反汇编的最后一条语句之后接着继续反汇编。3） 用G命令运行前面键入的源程序G 2000程序运行结束后，可以看到程序的运行结果，屏幕显示各寄存器的值，其中R0和R1的值均为5555H，说明程序运行正确。4） 用P或T命令，单步执行这段程序，观察指令执行结果在命令行提示符状态下输入：T 2000寄存器R0被赋值为AAAAHT寄存器R1被赋值为5555HT做加法运算，和放在R0，R0的值变为FFFFHT做与运算，结果放在R0，R0的值变为5555H用P命令执行过程同上。注：T总是执行单条指
11、令，但执行P命令时，则把每一个CALL语句连同被调用的子程序一次执行完成。T、P命令每次执行后均显示所有通用寄存器及状态寄存器的内容，并反汇编出下一条将要执行的指令。2 基本汇编指令应用实验目的：1.在仿真或联机模式下，熟悉 TEC-XP教学实验系统汇编程序设计；实验内容：1. 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；2. 使用A命令写一小段汇编程序，U命令反汇编刚输入的程序，用G命令连续运行该程序，用T、P命令单步运行并观察程序单步执行情况；实验要求：熟悉TEC-XP教学实验系统的汇编指令功能，并会灵活使用。实验步骤： 一：基本指令功能3 用R命
12、令查看寄存器内容或修改寄存器的内容3） 在命令行提示符状态下输入：R ；显示寄存器的内容注：寄存器的内容在运行程序或执行命令后会发生变化。4） 在命令行提示符状态下输入：R R0 ；修改寄存器R0的内容，被修改的寄存器与所赋值之间可以无空格,也可有一个或数个空格主机显示:寄存器原值:_在该提示符下输入新的值0036再用R命令显示寄存器内容，则R0的内容变为0036。4 用D命令显示存储器内容在命令行提示符状态下输入：D 2000 会显示从2000H地址开始的连续128个字的内容；连续使用不带参数的D命令，起始地址会自动加128（即80H）。 3. 用E命令修改存储器内容在命令行提示符状态下输入
13、：E 2000屏幕显示:2000 地址单元的原有内容:光标闪烁等待输入输入 0000依次改变地址单元20012005的内容为:1111 2222 3333 4444 5555注意：用E命令连续修改内存单元的值时，每修改完一个，按一下空格键，系统会自动给出下一个内存单元的值，等待修改；按回车键则退出E命令。 4 用D命令显示这几个单元的内容D 2000可以看到这六个地址单元的内容变为0000 1111 2222 3333 4444 5555。 5. 用A命令键入一段汇编源程序，主要是向累加器送入数据和进行运算，执行程序并观察运行结果。5） 在命令行提示符状态下输入：A 2000 ；表示该程序从2
14、000H（内存RAM区的起始地址）地址开始屏幕将显示：2000：输入如下形式的程序：2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD与R0之间有且只有一个空格，其他指令相同2002: MVRD R1，55552004: ADD R0，R12005: AND R0，R12006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET指令2007:（直接敲回车键，结束A命令输入程序的操作过程）若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。6） 用U命令反汇编刚输入的程序在命令行提示符状态下输入：U 2000在相应的地址会得到输入的指令及其操作码注：连续使用不带参数的U命令
15、时，将从上一次反汇编的最后一条语句之后接着继续反汇编。7） 用G命令运行前面键入的源程序G 2000程序运行结束后，可以看到程序的运行结果，屏幕显示各寄存器的值，其中R0和R1的值均为5555H，说明程序运行正确。8） 用P或T命令，单步执行这段程序，观察指令执行结果在命令行提示符状态下输入：T 2000寄存器R0被赋值为AAAAHT寄存器R1被赋值为5555HT做加法运算，和放在R0，R0的值变为FFFFHT做与运算，结果放在R0，R0的值变为5555H用P命令执行过程同上。注：T总是执行单条指令，但执行P命令时，则把每一个CALL语句连同被调用的子程序一次执行完成。T、P命令每次执行后均显
16、示所有通用寄存器及状态寄存器的内容，并反汇编出下一条将要执行的指令。二汇编设计举例例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。 在命令行提示符状态下输入：A 2000 ； 屏幕将显示：2000：输入如下形式的程序： 注：在十六位机中，基本I/O接口的地址是确定的，数据口的地址为80，状态口的地址为81。 用“G”命令运行程序在命令行提示符状态下输入：G 2000执行上面输入的程序光标闪烁等待输入，用户从键盘键入字符后，屏幕会显示该字符。该例建立了一个从主存2000H地址开始的小程序。在这种方式下, 所有的数字都约定使用16进制数,故数字后不用跟字符H。每个用户程序的最
17、后一个语句一定为RET汇编语句。因为监控程序是选用类似子程序调用方式使实验者的程序投入运行的,用户程序只有用RET语句结束, 才能保证程序运行结束时能正确返回到监控程序的断点, 保证监控程序能继续控制教学机的运行过程。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。 在命令行提示符状态下输入：A 2020 屏幕将显示：2020：从地址2020H开始输入下列程序:该程序的执行码放在2020H起始的连续内存区中。若送入源码的过程中有错, 系统会进行提示, 等待重新输入正确汇编语句。在输入过程中, 在应输入语句的位置直接打回车则结束输入过程。 用“G”命令运行程序在命令行提示符状
18、态下输入：G 2020执行结果为：0123456789思考题: 若把IN 81, SHR R0, JRNC 2028三个语句换成4个MVRR R0，R0语句, 该程序执行过程会出现什么现象? 试分析并实际执行一次。提示：该程序改变这三条语句后，若用T命令单条执行，会依次显示09十个数字。若用G命令运行程序，程序执行速度快，端口输出速度慢，这样就会跳跃输出。在命令行提示符状态下输G 2020，屏幕显示09。类似的, 若要求在终端屏幕上输出A到Z共26个英文字母，应如何修改例1中给出的程序? 请验证之。参考答案：在命令行提示符状态下输入：A 2100屏幕将显示：2100：从地址2100H开始输入下
19、列程序：(2100) MVRD R2，001A ；循环次数为26MVRD R0，0041 ；字符“A”的值(2104) OUT 80 ；输出保存在R0低位字节的字符DEC R2 ；输出字符个数减1JRZ 210E ；判26个字符输出完否,已完，则转移到程序结束处PUSH R0 ；未完，保存R0的值到堆栈中（2108）IN 81 ；查询接口状态，判字符串行输出完成否SHR R0JRNC 2108 ；未完成, 则循环等待 POP R0 ；已完成, 准备输出下一字符，从堆栈恢复R0的值 INC R0 ；得到下一个要输出的字符JR 2104 ；转去输出字符（210E）RET 用G命令执行该程序，屏幕上
20、显示“A”“Z”26个英文字母. 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。 在命令行提示符状态下输入：A 2040屏幕将显示：2040：从地址2040H开始输入下列程序:（2040） MVRD R2,0030 ； 用于判数字符的下界值MVRD R3,0039 ； 用于判数字符的上界值(2044) IN 81 ； 判键盘上是否按了一个键, SHR R0 ； 即串行口是否有了输入的字符SHR R0 JRNC 2044 ； 没有输入则循环测试IN 80 ； 输入字符到R0MVRD R1,00FFAND R0,R1 ；清零R0的高位字节内容CMP
21、R0,R2 ； 判输入字符字符0否JRNC 2053 ； 为否, 则转到程序结束处CMP R3,R0 ； 判输入字符字符9否JRNC 2053 ； 为否, 则转到程序结束处OUT 80 ； 输出刚输入的数字符JMPA 2044 ；转去程序前边2044处等待输入下一个字符 (2053) RET 在命令行提示符状态下输入：G 2040 光标闪烁等待键盘输入，若输入0-9十个数字符，则在屏幕上回显；若输入非数字符，则屏幕不再显示该字符，出现命令提示符，等待新命令。 思考题, 本程序中为什么不必判别串行口输出完成否? 设计打入AZ和09的程序, 遇到其它字符结束输入过程。（可回答可不回答）三：实验编程
22、要求1：查看存储单元300F命令用“G”命令运行程序在命令行提示符状态下输入：G 300F执行上面输入的程序光标闪烁等待输入，用户从键盘键入字符后，屏幕会显示该字符。2: 计算1到10的累加和。（自己编写程序） 在命令行提示符状态下输入：A 2060屏幕将显示：2060：从地址2060H开始输入下列程序：（2060）MVRD R1,0000 ； 置累加和的初值为0MVRD R2,00OA ； 最大的加数MVRD R3,0000 (2066) INC R3 ； 得到下一个参加累加的数ADD R1,R3 ； 累加计算CMP R3,R2 ； 判是否累加完JRNZ 2066 ； 未完, 开始下一轮累加
23、RET在命令行提示符状态下输入：G 2060运行过后, 可以用R命令观察累加器的内容。R1的内容为累加和。结果为：R1=0037 R2=00OA R3=00OA3: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，将其显示到显示器的屏幕上，转换为小写字母后再写回存储器原存储区域。 将被显示的6个字符AF送入到内存20F0H开始的存储区域中。在命令行提示符状态下输入：E 20F0屏幕将显示：20F0 内存单元原值：按下列格式输入：20F0 内存原值：0041 内存原值：0042 内存原值：0043 内存原值：0044 内存原值：0045 内存原值：0046 在命令行提示符状态下
24、输入：从地址2080H开始输入下列程序：（自己编写程序）（2080）MVRD R3,0006 ；指定被读数据的个数MVRD R2,20F0 ；指定被读、写数据内存区首地址（2084）LDRR R0,R2 ；读内存中的一个字符到R0寄存器CALA 2100 ；指定子程序地址为2100,调用子程序，完成显示、转换并写回的功能DEC R3 ；检查输出的字符个数 JRZ 208B ；完成输出则结束程序的执行过程INC R2 ；未完成，修改内存地址JR 2084 ；转移到程序的2086处，循环执行规定的处理（208B）RET从地址2100H开始输入下列程序： （2100）OUT 80 ；输出保存在R0寄
25、存器中的字符MVRD R1，0020 ADD R0，R1 ；将保存在R0中的大写字母转换为小写字母STRR R2,R0 ；写R0中的字符到内存，地址同LOD所用的地址 （2105）IN 81 ；测试串行接口是否完成输出过程SHR R0JRNC 2105 ；未完成输出过程则循环测试RET ；结束子程序执行过程，返回主程序 在命令行提示符状态下输入：G 2080 屏幕显示运行结果为：ABCDEF 在命令行提示符状态下输入：D 20F0 20F0H20F5H内存单元的内容为：0061 0062 0063 0064 0065 0066 在命令行提示符状态下输入：G 2080 屏幕显示运行结果为：ABC
26、DEF 在命令行提示符状态下输入：D 20F0 20F0H20F5H内存单元的内容为：0061 0062 0063 0064 0065 0066 4：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。在命令行提示符状态下输入：A 20A0屏幕将显示：20A0：从地址20A0H开始输入下列程序： 在命令行提示符状态下输入：（自己编写程序）A 20A0 ；从内存的20A0单元开始建立用户的第一个程序20A0: MVRD R1,7E ；向寄存器传送立即数20A2: MVRD R0,20 ；20A4: OUT 80 ；通过串行接口输出R0低位字节内容到显示器屏幕20A5: PUSH
27、R0 ；保存R0寄存器的内容到堆栈中20A6: IN 81 ；读串行接口的状态寄存器的内容20A7: SHR R0 ；R0寄存器的内容右移一位，最低位的值移入标志位C20A8: JRNC 20A6 ；条件转移指令，当标志位C不是1时就转到20A6地址20A9: POP R0 ；从堆栈中恢复R0寄存器的原内容20AA: CMP R0,R1 ；比较两个寄存器的内容是否相同，相同则标志位Z=120AB: JRZ 20A0 ；条件转移指令，当标志位Z为1时转到200A0地址20AC: INC R0 ；把R0寄存器的内容增加120AE: JR 20A4 ；无条件转移指令，一定转移到20A4地址20AF:
28、 RET ；子程序返回指令,程序结束 在命令行提示符状态下输入：G 20A0运行过后, 可以观察到显示器上会显示出所有可打印的字符。 上述例子, 都是用监控程序的A命令完成输入源汇编程序的。在涉及到汇编语句标号的地方, 不能用符号表示, 只能在指令中使用绝对地址。使用内存中的数据, 也由程序员给出数据在内存中的绝对地址。显而易见, 对这样的极短小程序矛盾并不突出, 但很容易想到，对很大的程序, 一定会有较大的困难。在用A命令输入汇编源语句的过程中, 有一定用机经验的人, 常常抱怨A命令中未提供适当的编辑功能, 这并不是设计者的疏漏, 因为我们并不准备在这种操作方式下支持设计较长的程序, 这种工
29、作应转到提供了交叉汇编程序的PC机上去完成。相反的情况是, 输入上述一些小程序, 用监控程序的A命令完成, 往往比用交叉汇编完成更简捷。3 脱机运算器实验实验目的深入了解AM2901运算器的功能与具体用法，4片AM2901的级连方式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。实验说明脱机运算器实验，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。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。a) 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位数据的拨动开关。微动开关是红色的，一个
