2023年计算机组成原理实验报告册.pdf

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1、实验一监控程序与汇编实验实验时间:第 周星期 年 月 日节实验室:实验台:（以上部分由学生填写，如有漏掉，后果由学生本人自负）1、实验目的1）了解教学计算机的指令格式、指令编码、选择的寻址方式和具体功能。2）了解汇编语言的语句与机器语言的指令之间的相应关系，学习用汇编语言设计程序的过程和方法。3）学习教学机监控程序的功能、监控命令的使用方法，体会软件系统在计算机组成中的地位和作用。2、实验平台硬件平台：清华大学TEC-XP实验箱的MACH部分软件平台：监控程序Pcecl6.exe、PC端指令集仿真软件3、实验规定1）学习联机使用T E C X P 教学实验系统和仿真终端软件PC EC;2）使用

2、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；3）使用A 命令写一小段汇编程序，使用U 命令观测汇编码与机器码之间的关系，用 G 命令连续运营该程序，用 T 命令单步运营并观测程序单步执行情况。*代码不得写到0 0 0 0一1 F F F 的地址单元中，如有违反将被取消当堂成绩4、操作环节及实验内容1）实验箱功能开关设立及联机操作:1.将实验箱C0M1 口与PC 机相连;2.设立功能状态开关为0 0 110;3.于 PC 端运营 P c ecl6.ex e;4.按 R ESET,STA R T键，若 PC 端出现如下输出（如 图 1.1所示），则操作成

3、功;TEC-2000 CRT MONITORUersion 2.0 2001.10Conputer A rchitectur Lab.j-Tsinghua U niuersityCopyright Jason He-图 1.12）仿真软件相关操作:1.在项目文献夹找到t e c 2 k sim.e xe并启动;图 2.12.点击文献-启动监控程序;4.若PC 端出现如下输出（如图2.3所示），则操作成功;TEC-2000 CRT MONITORV ersion 2.0 2001.10Computer A rc h ite c tu r Lab.,Tsinghua U n iv ersityC

4、opyright Jason Hel图 2.33）理解下列监控命令功能：A、U、G、R、E、D、TL A 命令:完毕指令汇编操作，把产生的指令代码放入相应的内存单元中，可连续输入。不输入指令直接回车，则结束A 命 令（如图3.1 所示）；A 20002000:MVRD R0,AAAA2002:MVRD RI,55552004:ADD R0,RI2005:AND R0,RI2006:RET2007:图3.12.U命令:从相应的地址反汇编15条指令，并将结果显示在终端屏幕上（如图3.2所示）;DDDDDDDDDDU 20002000:8800 AAAA2002:881055552004:00012

5、005:02012006:8F002007:00002008:00002009:0000200A:0000200B:0000200C:0000200D:00002 00E:00002 00F:00002010:0000DDTA DA NR EA DA DA DA DA DA DA DA DA DA DDDO1ooOOOOOOOOOORRRRRRRRRRRRRRAAAA5555RIRIOOOOOOOOOORRRRRRRRRR图3.2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.G命令:从指定（或默认）的地址运营一个用户程序（如图3.3所示）；G 2000R

6、0=5555 Rl=5555 R2=0000 R3=0000 SP=2780 PC=2R9=0000 R10=0000 Rll=0000 R12=0000 R13=0000 R14=2图3.34.R命令：显示、修改寄存器内容，当R命令不带参数时，显示所有寄存器和状态寄存器的值（如图3.4所示）;R R O5 5 5 5：-l l l l RR O=1 1 1 1 R l=5 5 5 5 R 2=0 0 0 0 R 3=0 0 0 0 S P=2 7 8 0 P C=2 iR 9=0 0 0 0 R 1 0=0 0 0 0 R 1 1=O O O O R 1 2=0 0 0 0 R 1 3=0

7、0 0 0 R 1 4=2 i2 0 0 0：8 8 0 0 A A A A M V R D R O,A A A A _图 3.45.E 命令:从指定（或默认）地址逐字显示每个内存字的内容，并等待用户打入一个新的数值存回原内存单元（如图3.5所示）；E 2 0 0 02 0 0 0 8 8 0 0:图 3.56.D命令：从指定（或默认）地址开始显示内存120个存储字的内容（如图3.6所示）；D 2 0 0 02 0 0 02 0 0 82 0 1 02 0 1 82 0 2 02 0 2 82 0 3 02 0 3 82 0 4 02 0 4 82 0 5 02 0 5 82 0 6 02 0

8、 6 82 0 7 0OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO1X一:。8O OOOOOOOO OOOO OOOOO OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO-UOOOOOO OOOO OOO5 5 5 50 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0

9、00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 2 0 10 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 08F000 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0OOO图 3.67.T 命令:从指定地址（或当前地址）开始单条指令方式执行用户程序（如图3.7所示）

10、；T 2 0 0 0R 0=A A A A R l=5 5 5 5 R 2=0 0 0 0 R 3=0 0 0 0 S P=2 7 8 0 P C=2(R 9=0 0 0 0 R 1 0=0 0 0 0 R l l=0 0 0 0 R 1 2=0 0 0 0 R 1 3=0 0 0 0 R 1 4=2(2 0 0 2:8 8 1 0 5 5 5 5 M V R D R I,5 5 5 5图 3.74）编程中不能随意使用的寄存器及他们分别表达什么含义：1.R4:R4是操作系统的栈顶指针，指向堆栈的顶部；2.R5:R5是程序寄存器，里面的值总是指向当前程序运营点的地址；5）根据所学知识编写:从键盘

11、输入一个数字，则计算该值到1 0 的累加和，结果存入R2 中。1 .通过A 命令编写程序（强烈建议同学们自己思考编程，不要直接照搬代码，）;A 2 0 0 02 0 0 0:I N 8 12 0 0 1:S H R R O2 0 0 2:S H R R O2 0 0 3:J R N C 2 0 0 02 0 0 4:I N 8 02 0 0 5:O U T 8 02 0 0 6:M V R D R I,0 0 0 F2 0 0 8:A N D R 0,R I2 0 0 9:M V R D R I,0 0 0 A2 0 0 B:M V R D R 2,0 0 0 02 0 0 D:A D D R

12、 2,R 02 O O E:I N C R 02 O O F:C M P R 0,R I2 0 10:J R N Z 2 0 0 A2 0 11:A D D R 2,R I2 0 12:R E T2 0 13：图 5.12.通过G 命令运营程序；G 2 0 0 01R 0=0 0 0 A R l=0 0 0 A R 2=0 0 3 7 R 3=0 0 0 0 S P=2 7 8 0 P C=2R 9=0 0 0 0 R 10=0 0 0 0 R ll=0 0 0 0 R 12=0 0 0 0 R 13=0 0 0 0 R 14=2图 5.2我们看到R 2 的值为37（十六进制），程序运营成功。

13、实验二 脱机运算器实验实验时间:第 周星期 年 月 日实验室:实验台：（以上部分由学生填写,如有漏掉，后果由学生本人自负）1、实验目的1）理解运算器芯片Am2 9 0 1 的功能和内部组成,运营中使用的控制信号及各自的控制作用；2）理解4 片 Am2901构 成 16位运算器的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；3）使用24位微型开关中的2 3 位控制信号拟定运算与解决功能。2、实验平台硬件平台：清华大学TEC-XP实验箱的AM29 0 1 运算器部分软件平台：PC端脱机运算器仿真程序3、实验规定1）了解T E C-X P 运算器基本组件2901的工作原理；2）了解TEC-XP实验

14、箱是如何使用4 片 2901构成1 6 位运算器；3）了解并掌握24位控制开关相应的序列所实现的控制功能；4）基于以上所学完毕ppt最后规定的实验内容（控制信号表格）。4、操作环节及实验内容1 ）实验方式功能开关设立为：1XX002）运算器芯片为，该芯片为几位的芯片：Am290 1 4 片 4 位芯片3）运算器四个标志位C、Z、V、S 分别为什么含义：C:进位标志位,C=1 时表达有进位Z：零标志位,Z=1 时表达运算结果为0V:溢出标志位,V=1时表达溢出S：符号标志位，S=1 时表达为负4）完毕表格中操作,写出每部操作相应的指令，观测每部操作与控制信号的关系:运算18-10S S TS S

15、 H S C iBA压S T A R T前压S T A R T后A L U输出C Z V SA L U输出C Z V S*D 1+O-R O0 110 0 0 1110 0 10 00 00 0 0 0不用0 10 1随机0 10 10 0 0 0*D 2+O-R 10 110 0 0 1110 0 10 00 00 0 0 1不用10 10 0 0 0 0 10 10 0 0 0 0R 0+R l-R 00 110 0 0 0 0 10 0 10 00 00 0 0 0 0 0 0 111110 0 0 0 2 12 10 0 0 0R O R 1-R O0 110 0 10 0 10 0

16、10 00 10 0 0 0 0 0 0 10 10 10 0 0 0 F 0 F 110 0 0R 1-R O-R 10 110 0 10 0 10 0 10 00 10 0 0 10 0 0 0 0 F 0 F 10 0 0 O E O E 10 0 0R 0 V R l-R 00 110 110 0 10 0 10 00 00 0 0 10 0 0 0 0 F 0 F 10 0 0 O F O F 10 0 0R 0 A R l-R 00 1110 0 0 0 10 0 10 00 00 0 0 0 0 0 0 10 10 110 0 0 0 10 110 0 0R 0 R l-R 00

17、 11110 0 0 10 0 10 00 00 0 0 0 0 0 0 10 E 0 E 10 0 0 0 10 110 0 0-1 (R 0 R l)-R 00 111110 0 10 0 10 00 00 0 0 0 0 0 0 1F E F E 10 0 0 O E O E 10 0 12*R 0-R 01110 0 0 0 110 0 10 00 00 0 0 0不用F E F E 10 0 1F D F C 0 0 0 1R 0/2-R 010 10 0 0 0 110 0 10 00 00 0 0 0不用F D F C 0 0 0 17 E F E 0 0 0 11.启动PC端脱

18、机运算器仿真程序衣机区二考区12图 4.12.输入指令编码注：在实验箱上,A L U 输出不需要触发,而软件模拟器则需要鼠标点击触发，故表中压STA R T 前的ALU输出相应的是软件压START后的ALU输出a.图 4.2b.图 4 3图 4.4d.图4.5图4.6商机运kdrr石 区RESETSTARI图 4.7g.图 4.8h.Z 圆版机运霓IK图4.9图 4.10J-图 4.1 1k.图 4.125）完毕以下操作，并将控制信号添到表中:功能控制 信 号功能相应汇编指令18-61 5-312-0SSTSSH SCIB地址A地址R-1 2 3 4MVRD01 10001 1 100 100

19、 0 0000 1不用R 9_ _ 7 89FMV RD0 1 100011100 10 00 0100 1不用R_L _-R _9-R ISUB0110 1000 10 010 0010 00 1100 1R 1 -R _ 1 _ +1I NC01100001 100100010001不用R 10_-R 1MV RR0 1 10 0010000100001010000 1R10-RW AR 1AND01 11 0000 10 0 10 0001 0 1000010-R 10MVRR0 1100010000 10 0 00不用1010控制作用基本指令集或者扩展指令集指令丫的输出、通用寄存器接受

20、、Q寄存器接受运算功能选择数据组合选择状态寄存器接受C i nB端口地址A端口地址功能按 START之前按 STA R T之后Y1 5-Y0CZVSY15-Y0CZVSR 1 -12341 2341 234R 9_-789F7 89 F7 89FR 1 _ R _9-R 1666B5 4 07R 1 -R 1 +1666C6 66DR 1 0-R_ L666C666CR 1 0-R IO A R 16 6666C注：脱机运算器模拟程序只能输入4为二进制数，故5）在此不予演示。6CQ-RO _6 66C6 66C实验三存储器扩展实验实验时间：第一周 星 期年S节实验室:.月实验台:（以上部分由学

21、生填写，如有漏掉，后果由学生本人自负）1、实验目的1）进一步理解计算机内存储器的功能、组成知识；2）进一步地学懂静态存储器芯片的读写原理和用它们组成教学计算机存储器系统的 方 法（即字、位扩展技术），控制其运营的方式；注意:思考并对比静态和动态存储器芯片在特性和使用场合等方面的同异之处。2、实验平台硬件平台：清华大学TEC-XP实验箱、扩展芯片HN58c6 5 p2 5软件平台：监控程序pc ecl6.ex e、PC端指令集仿真软件3、实验规定1）完毕硬件跳线连接、芯片扩充2）掌握RAM和 EEPROM在存储上的区别3）完毕验证代码编写4、操作环节及实验内容1）实验功能开关设立及联机操作环节（

22、参考实验一）；00 1 1 02）完毕HN58 c 6 5 P-2 5 两片EEPROM的物理扩展；3）完毕必要的跳线设立，课堂中扩展的EEPROM的地址范围为；400 0-5FFF4）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）存储性质上的异同，给出结果描述，并解释原理；用 E 命令对R A M 和 EEPROM写入后，关闭电源,再打开电源,用D命令查看写入的内容，RAM在断电后不保存写入的内容，而 EEPROM 保存。注:在模拟器环境下无法分辨两者区别，故在此不予演示。5）用监控程序的A命令分别对RAM（6116）和扩展存储器EEPRO

23、M（2 8系列芯片）进行读写，用U命令查看结果是否对的，如不对的，分析因素；对 于RAM来说对的，对 于ROM来说不对的因素：R O M读写比较缓慢，当一次烧录2个地址单元的内容时，第二个地址单元烧录不成功，便执行下一个地址单元了，因此为了烧录成功，需要在写入操作时，每写一个地址单元，等 待1 ms。注：在模拟器环境下两者皆烧录对的，故在此不予演示。6）基于以上所学完毕：从键盘上输入一个0-9的数字，将从该数字开始到F的所有数据存储到扩展之后的50 0 0开始的E E P ROM存储器单元中。A 2 0 0 02 0 0 0:IN 8 12 0 0 1:SH R RO2 0 0 2:SH R

24、RO2 0 0 3:JRNC 2 0 0 02 0 0 4:IN 8 02 0 0 5：MVRD RI,F F 3 02 0 0 7:SUB R0,RI2 0 0 8:MVRD R2,5 0 0 02 0 0 A:STRR R2,R02 0 0 B:MVRD R3,0 0 0 02 0 0 D:MVRD R7,OF F F2 OOF:INC R32 0 1 0:C MP R3,R72 0 1 1:JRNC 2 OOF2 0 1 2:INC R02 0 1 3:INC R22 0 1 4:MVRD R8,0 0 1 02 0 1 6:C MP R0,R82 0 1 7:JRNC 2 0 0 A2

25、 0 1 8:RE T图4.1运营程序后,我们用D命令查看，数据已经存入;D 50005000 0102 0000 0000 0000 0000 0000 0000图 4.2实 验 四 中 断 实 验实验时间:第 周星期 年 月日 节实验室：实验台：（以上部分由学生填写,如有漏掉，后果由学生本人自负）1、实验目的理解中断的原理，学习和掌握中断产生、响应、解决等技术，其中重要涉及到如下几点：1）中断源的捕获2）中断向量表的查询3）中断服务解决程序（1 S R）2、实验平台硬件平台：清华大学TEC-XP实验箱的右下角中断按钮部分软件平台：监控程序p c ec 1 6.exe、PC端中断实验仿真系统

26、3、实验规定1）了解中断的原理2）了解向量中断和非向量中断的区别3）了解中断源、中断向量表以及中断服务解决程序之间的联系4）搞清楚三个中断源的优先级，以及中断的嵌套规则4、操作环节及实验内容1）实验功能开关设立；000102）了解中断源按键在TECXP实验系统的位置，说明三个中断源的优先级（按左中右）;优先级左 中 右3）给出三个中断源相应在中断向量表的地址；左：24 0CH:JR 24 6 0中：2 408H：JR 2440右:2404H：JR 24204）解释三条扩展指令的使用方法和写法EL IR E T 和 D I；E I:开中断指令，用 E 命令写入 6E00（如图4.1）E 2000

27、2000:6E00图 4.1IRET：中断返回指令，用 E 命令写入EFOO（如图4.2）(E 24342434:EF00图 4.2DI：关中断指令，用 E 命令写入 6FOO（如图4.3）E 24342434:6Fee图 4.35）读懂实验p p t 中的中断实例程序，编写程序实现如下内容:a 主程序循环显示字母 M,假如捕获到中断源1 的时候在屏幕循环显示数字1;捕获到中断源2的时候在屏幕上循环显示数字2；捕获到中断源3的时候在屏幕上循环显示数字3；b 并且需要实现在中断显示的过程中，假如按下任意键则中断返回到上一级程序继续运营；c 实验以优先级为重要依据的嵌套d 自己编写三段中断服务子程

28、序，不允许存在重叠（即避免使用事例程序24 5 0地址处的程序）E 20002000:6E0O2001:A 20012001:MVRD Rg004D2003:OUT 802004:JR 20002005:RET2006:（1）编写主程序图4.4（2）编写第一段中断子程序E 24202420:6E002421:A 24212421:PUSH R02422:MVRD R6,00312424:OUT 802425:IN 812426:SHR R02427:SHR RO2428:3RNC 24222429:IN 80242A:POP R0242B:E 242B242B:EF00242C:图 4.5E

29、24402440:6E002441:A 24412441:PUSH R02442:MVRD R0,00322444:OUT 802445:IN 812446:SHR R02447:SHR R02448:3RNC 24422449:IN 80244A:POP R0244B:E 244B244B:EF00244C:(3)编写第二、三段中断子程序(似第一段)图 4.6E 24602460:6E0O2461:A 24612461:PUSH R02462:MVRD R0,e0332464:OUT 802465:IN 812466:SHR R02467:SHR R02468:3RNC 24622469:I

30、N 8G246A:POP R0246B:E 246B246B:EF00246C:图 4.7（4）编写第二、三段中断子程序（似第一段）G 2000图 4.8程序运营成功实 验 五 I/O 接口扩展实验实验时间：第 周 星 期 一 年 月 B实验室:实验台：（以上部分由学生填写,如有漏掉,后果由学生本人自负）1、实验目的学习串行口的对的设立与使用，通过实验箱的两个串口实现两台PC 的通讯2、实验平台硬件平台：清华大学TECX P 实验箱的I/0 接口部分软件平台：监控程序pcecl6.e xe3、实验规定1 ）按照实验规定必要的连线2）扩展此外一片8 2 5 1 串口芯片3）根据实验ppt完毕必要

31、的跳线设立，拟定扩展I/O 口的地址4）根据实验规定编写代码注:串口严禁带电插拔!！4、操作环节及实验内容1）在相应的IC 座上扩展一条双排直插的8 2 51芯片2）完毕必要的连线，将芯片旁边的/C S 与标有I/O/C S 的一排插孔的一个相连,拟定扩展I/O 的地址，给出地址及描述地址相应的寄存器名称：扩 展 I/0 地址为A0H-AFH;相应寄存器地址A 0-AF3）扩展串口在使用之前的初始化代码|A 20002000:MVRD RO,004B2002:OUT Al2003:MVRD RO,00372005:OUT Al2006:RET图 4.14）鉴定一台PC是否有键输入，假如有则在另

32、一台PC上显示出来完毕以下两种模式的通讯：出 两台PC连接在同一台实验箱上1 PC 1 输入PC 2 输出A 20602060:IN 812061:SHR RO2062:SHR R02063:JRNC 20602064:IN 802065:OUT A02066:JR 20602067:RET图 4.22PC2输入PC I输出A 20402040:IN Al2041:SHR R02042:SHR R02043:JRNC 20402044:IN A02045:OUT 802046:JR 20402047:RET图 4.33 同时实现PC 1 和 PC2的双向输入输出 A 20 8 020 8 0:

33、I N 8 120 8 1:S HR R O20 8 2:S HR R O20 8 3:J R N C 20 8 020 8 4:I N 8 020 8 5:O U T 8 020 8 6:O U T A O20 8 7:I N A l20 8 8:S HR R O20 8 9:S HR R O20 8 A:J R N C 20 8 720 8 B:I N A O20 8 C:O U T 8 020 8 D：O U T A O20 8 E:J R 20 8 020 8 F:R E T图 4.44 猜数游戏:PC I输入一个0 9 的数，PC2进行数字输入猜数，假如等于PC 1 输入的数字则程序

34、输出M(M a t ch)程序结束，假如大于则输出H(High),PC 2 继续输入,假如小于则输出L(LO W),PC2继续输入。|A 20 A 020 A 0I N 8 120 A 1S HR R 020 A 2S HR R 020 A 3J R N C 20 A 020 A 4I N 8 020 A 5O U T 8 020 A 6 M V R R R 2,R O20 A 7I N A l20 A 8 S HR R O20 A 9 S HR R O20 A A J R N C 20 A 720 A BI N A O20 A C M V R D R 6,0 0 4 C20 A E M V R D R 7,0 0 4 820 B 0 M V R D R 8,0 0 4 D20 B 2C M P R O,R 220 B 3J R Z 20 B D20 B 4 J R C 20 B 920 B 5 M V R R R O,R 620 B 6 O U T A O20 B 7 J R 20 A 7KU1K：）RET图 4.5A 20B920B9:MVRR RO,R72OBA:OUT AO2OBB:JR 20A72OBC:RET图4.6|A 20BD2OBD:MVRR RO,R82OBE:OUT AO|2OBF:RET图 4.7注:拓展I/O在模拟器环境下暂无法提供实验结果