广工计算机组成原理(实验一到八).doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date广工计算机组成原理(实验一到八)_x0001_计算机组成原理实验报告课程名称 计算机组成原理实验 学 院 计算机学院 专业班级 软件工程 班 学 号 学生姓名 指导教师 2016 年 6 月 22 日目录实验一:基础汇编语言程序设计实验11实验目的12实验设备及器材13实验说明和原理14实验内容25实验步骤26实验截图及思考题37实验思考与心得6实验二:脱机运算器实验
2、71实验目的72实验设备与器材73实验说明和原理74实验内容85实验步骤/表格填写86实验思考与心得9实验三:存储器部件教学实验111实验目的112实验设备与器材113实验说明和原理114实验内容125实验步骤与截图126实验思考与心得13实验四:组合逻辑控制器部件教学实验151实验目的152实验设备与器材153实验说明和原理154实验内容175实验步骤/填表176实验思考与心得22实验五:微程序控制器部件教学实验231实验目的232实验设备与器材233实验说明和原理234实验内容245实验步骤与截图256实验思考与心得28实验六:输入/输出接口扩展实验291实验目的292实验设备与器材293
3、实验说明和原理294实验内容305实验步骤与PC端截图306实验思考与心得32实验七:中断实验331实验目的332实验设备与器材333实验说明和原理334实验内容345实验步骤与中断程序编写346实验思考与心得36实验九:FPGA芯片实现非流水线的CPU系统(综合实验)371实验目的372实验设备与器材373实验说明和原理374实验内容385实验步骤与烧录过程386实验思考与心得40- 计算机 学院 软件工程 班 学号: 姓名 教师评定 实验题目 基础汇编语言程序设计实验 实验一:基础汇编语言程序设计实验1实验目的l 学习和了解TEC-XP+教学实验监控命令的用法;l 学习和了解TEC-XP+
4、教学实验系统的指令系统;l 学习简单的TEC-XP+教学实验系统汇编程序设计。2实验设备及器材l 工作良好的PC机;l TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。3实验说明和原理实验原理在于汇编语言能够直接控制底层硬件的状态,通过简单的汇编指令查看、显示、修改寄存器、存储器等硬件内容。实验箱正如一集成的开发板,而我们正是通过基础的汇编语言对开发板进行使用和学习,过程中我们不仅需要运用汇编语言的知识,还需要结合数字逻辑中所学的关于存储器、触发器等基本器件的原理,通过串口通讯,实现程序的烧录,实验箱与PC端的通讯。4实验内容1) 学习联机使用TECXP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC;
5、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命令显示存储内容、E命令修改存储内容;4) 使用A命令写一小段汇编程序,U命令反汇编输入的程序,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。5实验步骤1) 准备一台串口工作良好的PC机器; 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) 将黑色的电源线一段接220V交流电源,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
6、) 将TEC-XP+实验系统左下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,再找个实验中开关应置为001100(连续、内存读指令、组合逻辑、联机、16位、MACH),6) 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,其他实验相同; 7) 打开电源,船型开关盒5V电源指示灯亮; 8) 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,其他的设置一般不用改动,直接回车即可; (8)按一下RESET按键,再按一下START按键,主机上显示: 6实验截图及思考题【例1】设计一个小程序,从键盘上接收一个字符并在屏幕
7、上输出显示该字符。代码输入:结果显示:【例2】设计一个小程序,用次数控制在终端屏幕上输出0到9十个数字符代码输入:结果显示:【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.代码输入:结果显示:【例4】计算1到10的累加和。代码输入:结果显示:结果存放在R1中【例5】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,将其显示到显示器屏幕上,转换为小写字母后再写回存储器原存储区域。代码输入:结果显示:【例6】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。代码输入:结果显示:7实验思考与心得 本次上机实验,通过仿真终端软
8、件PCEC以及WINDOWS界面的串口通讯软件,结合对汇编基本指令的学习,熟悉了计组的实验工具和流程,也熟悉了汇编语言的一些基础指令。 计算机 学院 软件工程 班 学号: 姓名 教师评定 实验题目 脱机运算器实验 实验二:脱机运算器实验1实验目的l 深入了解AM2901运算器的功能与具体用法;l 深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。2实验设备与器材l TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。3实验说明和原理本次实验脱离PC端,主要通过实验箱进行。因此这个实验更像数据逻辑的电路实验。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1
9、2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。4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的步骤,通过对AM2901运算器反需控制信号的设置,使之完成运算,并核对运算结果。5实验步骤/表格填写在脱机方式下,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AAAAHR1为例说明操作过程。1) 按照下表中的微码和数据开关,对运算器进行设置。操作步骤如下: 微动开关数据开关I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSHSCiBAD15-D001100011101100000001不用A
10、AAA Ha) 将教学机左下方的6个拨动开关置为1XX000(单步、16位、脱机、 CACH);先按一下RESTET按键,再按一下START按键,进行初始化。b) 通过16个数据开关设置立即数AAAAH。c) 通过SW1、SW2、SW3设置各微码。2) 按一次START键,立即数XXXX H置入R1,通过显示灯察看按START键后的输出。若要进行其它操作:a) 重新设置SW1、SW2、SW3、数据开关,通过显示灯观察输出。b) 然后按START键执行操作,通过显示灯观察按下START键后的输 出,检查运算结果是否正确。3) 完成下表的各种运算,记录按START键前和按START键后的ALU输出
11、及标志位C、Z、V、S的值。 运算 I8I0SSTSSH SCi BA压STEP前压STEP后ALU输出CZVSALU输出CZVSD1+0R0 01100011100100 00 0000不用01h随机01h0000D2+0R1 0110001110010000 0001不用10h000010h0000R0 + R1R0 01100000100l00 00 0000000111h000021h0000R0-R1R001100100100100 0l 0000000101t10000F1h1000R1-R0R1 01100100100100 0l 000l00000Fh10000Eh1000R0
12、 RlR0 0110110010010000 000100000FH10000EH1000R0 R1R0 0111000010010000 0000000101H100001H1000R02RlR0 0111100010010000 000000010EH100001H1000 (R0R1)R0 0111110010010000 0000000lFEH10000EH10012*R0R0 1110100110010000 0000不用FEH100lFCH0001R020 1010000110010000 0000不用FCH00017EH00016实验思考与心得本次实验初步了解运算器芯片Am290
13、1的结构,它能实现R+S、S-R、R-S三种算术运算功能,和五种逻辑运算功能。学习通过查表用指令微码来实现一些简单的逻辑功能。 计算机 学院 软件工程 班 学号: 姓名 教师评定 实验题目 存储器部件教学实验 实验三:存储器部件教学实验1实验目的l 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。l 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。l 了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系。l 了解如何通过读、写存储顺的指令实现对58C65ROM芯片的读、写操作。l 加深理解存储器部件在计
14、算机整机系统中的作用。2实验设备与器材l TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。3实验说明和原理内存储器原理: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RA
15、M,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。4实验内容1) 要完成存储器容量扩展的教学实验,需为扩展存储器选择一个地址,并注意 读写和OE等控制信号的正确状态。2)
16、 用监控程序的D、E命令对存储器进行读写操作,比较RAM(3116)、EEPROM(28系列芯片)、EPROM(27系列芯片)在读写上的异同。3) 用A命令编写程序对RAM(6116)进行读写,用D命令查看结果是否正确。4) 用A命令编写一段程序,对扩展存储器EEPRM(28系列芯片)进行读写,用D命令查看结果是否正确;如不正确,分析原因,改写程序,重新运行。5实验步骤与截图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
17、内存单元的值。RAM中的内容在断电后会消失。用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。断电后:4) 将扩展的ROM芯片插入标有“EXTROMH”和“EXTROML”的自锁紧插座,要注意芯片插入的方向,带有半圆形缺口的一方朝左插入。如果芯片插入方向不对,会导致芯片烧毁,然后锁紧插座。5) 将扩展芯片下方的插针按下列方式短接:将标有“/MWR”和“RD”的三个插针左面两个短接,将标有“/MWR”“/OE”“GND”的三个插针左边两个短接。6) 将扩展芯片上方标有EXTROMH和EXTROML的“/CS”信号用自锁紧线短接,然后短接到MEMDC138芯片的上方的标有“40005fff”地址单元。注
18、意:标有/CS的圆孔针与标有MEM/CS的一排圆孔针中的任意一个都可以用导线相连;连接的地址范围是多少,用户可用的地址空间就是多少。7) 将标有“DataBus15-8”和“DataBus7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接。8) 将标有“DataBus15-8”和“AdressBus7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接。9) EPROM是紫外线可擦除的电可改写的只读存储器芯片。在对EPROM进行重写前必须先擦除并判断芯片是否为空,再通过编程器进行编程。10) 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EEPRO
19、M进行写操作时,调用该子程序,以完成正确的读写。6实验思考与心得能用E命令直接写AT28C64B的存储单元,而A命令有时则不正确,原因是单字节的指令有可能会写进去,双字节的指令的低位会出错。 计算机 学院 软件工程 班 学号: 姓名 教师评定 实验题目 组合逻辑控制器部件教学实验 实验四:组合逻辑控制器部件教学实验1实验目的通过看懂教学计算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,然后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。其最终要达到的目的是:l 深入理解计算机控制器的功能、组成知识。l 深入地学习计算机各类典型指令的执行流程。l 指令格式
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- 关 键 词:
- 计算机 组成 原理 实验 一到八
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