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1、计算机组成原理实习报告本学期我们开设了计算机组成原理这门课，主要学习计算机的主要部件以及这些部件组 成的原理和如何运行。除了平时的课堂学习，我们还有实验课帮助我们更好的了解这门课程。用于我们实验的机器是TEC-XP，它是由清华大学计算机系和清华大学科教仪器厂联合 研制的适用于计算机组成原理课程的实验系统，主要用于计算机组成原理和数字电路等的硬 件教学实验，同时还支持监控程序、汇编语言程序设计、BASIC高级语言程序设计等软件方 面的教学实验。它的功能设计和实现技术，都紧紧地围绕着对课程教学内容的覆盖程度和所 能完成的教学实验项目的质量与水平来进行安排。其突出特点是硬、软件基本配置比较完整, 能
2、覆盖相关课程主要教学内容，支持的教学实验项目多且水平高。其组成和实现的功能如图1所示。控制器肆运算器部件内存和串行口扩展电路 辅助电路软件：解释BASIC语言汇编语言支持监控程序硬件：运算器，控制器（多种实现）（微程序或硬布线控制器）主存储器，总线，接口输入设备，输出设备硬件与电路：逻辑器件和设备图1.硬件实现的实际计算机系统图一 微程序实验步骤1、接通教学机电源。2、将教学机左下方的5个拨动开关置为11010 （单步、手动置指令、微程序、联机、16 位）。3、按一下“ RESET”按键。4、通过16位的数据开关SWH、SWL置入指令操作码。5、在单步方式下，通过指示灯观察各类基本指令的微码。
3、（1）选择基本指令的A组指令中的ADD指令，观察其节拍流程1）置拨动开关SW=00000000 00000001；（表示指令ADD R0，R1）2）按RESET按键；指示灯Microp亮（只要选择微程序，该灯在指令执行过程中一直亮）， 其它灯全灭；3）按START按键；指示灯CI30、SCC30显示1110 0000，微址和下址的指示灯全灭； （本拍完成公共操作0PC、DI#=0）4）按START按键； 指示灯CI30、SCC30显示1110 0000，微址指示灯显示0000 0001， 下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作PCAR、PC+1PC）5）按START按键； 指示灯CI30、SCC
4、30显示1110 0000，微址指示灯显示0000 0010, 下址的指示灯全灭；（本拍完成公共操作MEMIR）6）以上三步为公共操作，其它指令同；7）按START按键； 指示灯CI30、SCC30显示0010 0000，微址指示灯显示0000 0011， 下址的指示灯显示0000 0100；（本拍完成/MAP操作功能）8）按START按键；指示灯CI30、SCC30显示0011 0000，微址指示灯显示0000 0100, 下址的指示灯显示0011 0000 （本拍执行ADD指令，DRDR+SR操作）。9）按START按键； 指示灯CI30、SCC30显示0011 0010，微址指示灯显示0
5、011 0000,下址的指示灯显示0011 1010；（本拍完成STRQ、CC#=INT#公共操作功能）10）按START按键； 指示灯CI30、SCC30显示0011 0000,微址指示灯显示0011 0001,下址的指示灯显示0000 0010；(本拍完成PCfAR、PC+lfPC、CC#=0的公共操作)(2) 选择基本指令的B组指令中的MVRD指令，观察其节拍流程(3) 选择基本指令的D组指令中的CALA指令，观察其节拍流程微程序实验小结：实验前先看懂TEC-XP教学计算机的功能部件组成和线路逻辑，然后分析教学计算机中 已经设计好并正常运行的几条典型指令(1例如 ADD MVRR OUT
6、 MVRD JRC CAALA RET)的功能，格式和执行流程，注意各操作功能所对应的控制信号的作用。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，测试正确。二运算器教学计算机运算器部件是选用4片位片结构的4位长度的运算器Am2901芯片实现的。该 芯片包含完成算术和逻辑运算功能的ALU，双端口控制读出、单端口控制写入的16个累加 器和完成乘除法运算的乘商寄存器等功能部件，从功能和组成两个方面都比较好地体现了运 算器部件的教学内容。从图可以看到运算器和其它部件的连接关系，它只能接收教学机内部 总线IB送来的16位数据，其运算结果直接送到地址寄存器AR的输入端，或者经过2个8位的
7、开关门电路送到内部中线IB。运算结果的标志位信息送到标志位寄存器FLAG, FLAG的输 出可以经过一个8位的开关门送到内部总线IB。实验步骤：1. 将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX00 (单步、16位、脱机)；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化；2. 按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中：其中D1取为 0101H，D2取为1010H；通过两个十二位的红色微型开关向运算器提供控制信号， 通过16位数据开关向运算器提供数据，通过指示灯观察运算结果及状态标志。表1脱机运算器实验结果运算I8I0SSTSSHSCiBA压START前压STAR
8、T后ALU输出CZVSALU输出CZVS*D1+0-R001100011100100000000不用0101000001010000*D2+0-R101100011100100000001不用1010000010100000R0+R1-R00110000010010000000000011111000021210000R0-R1-R001100100100100010000000101010000F0F11000R1-R0-R10110010010010001000100000F0F10000E0E1000ROVR1-RO0110110010010000000100000F0F10000F0F
9、1010ROAR1-RO0111000010010000000000010101101001011010R0R1-R00111100010010000000000010E0E101001011000-(R0R1)-R0011111001001000000000001FEFE10000E0E10012*R0-R011100001100100000000不用FEFE1001FDFC0001R0/2-R010100001100100000000不用FDFC00017EFE0001实验小结:脱机运算器是指让运算器从教学计算机中脱离出来，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
10、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。实验中要仔细进行，分析可能遇到的各种现象，判断结果是否正确，记录运行结果。三存储器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（ROM，存放监控程序等）和随读写存储区（RAM）两部分，ROM存储区选用 4片长度8位、容量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
11、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RAM，保存用 户程序和用户数据，其高端的一些单元作为监控程序的数据区，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（存储器的字、位扩展）的教学实验。内存储器 和串行接口线路的组成如图141所示。741 .S138接口片題fiiIntel 8255tI iInteL 8251冲RIM巾应地上总线ABCl IALU的输门DB总绒指示刘AB思绒指厉丈ICFU 统5C655SC65474LS24574I.SX45内部总线IB图141内存储器和串行接口电路实验内容：1、要完成存储器
12、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）E等 控制信号的正确状态。2、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）、EPROM（27系列芯片）在读写上的异同。3、用监控程序的A命令编写一段程序，对RAM（6116）进行读写，用D命令查看结果是否 正确。4、用监控程序的A命令编写一段程序，对扩展存储器EEPROM（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。四、实验步骤：1、检查扩展芯片插座的下方的插针要按下列要求短接：标有7MWR”“RD ”的插针左边两个 短接，标有“/M
13、RD”“GND”的插针右边两个短接。2、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内存 单元的值。（1）用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。1）在命令行提示符状态下输入：E 2020 /屏幕将显示：2020内存单元原值：按如下形式键入：2020原值：2222 （空格）原值：3333 （空格）原值：4444 （空格）原值：5555 /2）在命令行提示符状态下输入：D 2020 /屏幕将显示从2020内存单元开始的值，其中2020H2023H的值为：2222 3333 4444 5555（2）用A命令输入一段程序，执行并观察结果。在命令行提示符状态下输
14、入：A 2000 /屏幕将显示：2000：按如下形式键入：2000： MVRD R0，AAAAMVRD R1，5555AND R0，R1RET3、将扩展的ROM芯片（27或28系列或28的替代产品58C65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。4、将扩展的ROM芯片（27或28系列或28的替代产品58C65芯片）插入标有“EXTROMH” 和“ EXTROML ”的插座，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7MWR”“ PGM”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EXTROM H和EXTROML的“/CS”信号用自锁紧线短接，然后短接到 MEMDC 138芯片的上方的标有“4000 5fff”地址单元
