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实验一基础汇编语言程序设计信息工程学院计算机科学技术1222012013279夏伟华实验目的: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;3.学习简单的TEC-XP教学实验系统汇编程序设计;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.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;3.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;实验软硬件硬件:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备软件:监控程序、通讯程序、交叉汇编程序等。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-2000CRTMONITORVersion1.0April2001ComputerArchitecturLab.,TsinghuaUniversityProgrammedbyHeJia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实验原理交叉汇编程序ASEC存放在微机上,并且运行在PC机上。ASEC程序用IBM/PC机的指令系统专门为TEC-XP机设计,它是一个符号汇编程序,能对用TEC-XP所定义的53条指令编写的TEC-XP机源汇编程序进行汇编,得到一个在TEC-XP机上的可执行程序。具体实现方法是:在微机PC机上用编辑软件EDIT录入TEC-XP机汇编源程序到PC机磁盘上,然后用交叉汇编程序ASEC对此源程序进行汇编翻译成在TEC-XP机上可运行的二进制可执行程序程序,通过串口V70将微机与TEC-XP机连接,在PC机上运行“TEC-XP机与PC机通讯程序PCEC”,将此可执行程序传入TEC-XP机内存中,从而实现,在PC机上录入,在TEC-XP机上执行。实验完成情况通过使用汇编语言程序完成了本小节所有实验内容实验体会汇编语言是面向机器的程序设计语言.汇编语言是一种功能很强的程序设计语言,也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。汇编语言”作为一门语言,对应于高级语言的编译器,需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。在汇编语言中,用助记符代替操作码,用地址符号或标号代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码,就把机器语言变成了汇编语言。因此汇编语言亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序,机器不能直接识别,要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言,这种起翻译作用的程序叫汇编程序,汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。汇编语言编译器把汇编程序翻译成机器语言的过程称为汇编。汇编语言比机器语言易于读写、调试和修改,同时具有机器语言全部优点。但在编写复杂程序时,相对高级语言代码量较大,而且汇编语言依赖于具体的处理器体系结构,不能通用,因此不能直接在不同处理器体系结构之间移植。汇编语言的特点:1.面向机器的低级语言,通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。2.保持了机器语言的优点,具有直接和简捷的特点。3.可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备,如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等。4.目标代码简短,占用内存少,执行速度快,是高效的程序设计语言。5.经常与高级语言配合使用,应用十分广泛。汇编语言的应用:1.70%以上的系统软件是用汇编语言编写的。2.某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是用汇编语言编写的。3.某些高级绘图程序、视频游戏程序是用汇编语言编写的。汇编语言是我们理解整个计算机系统的最佳起点和最有效途径它的重要性对每一个希望学习计算机科学与技术的人来说都是非常重要的,是不能不学习的语言。所有可编程计算机都向人们提供机器指令,通过机器指令人们能够使用机器的逻辑功能。所有程序,不论用何种语言编制,都必须转成机器指令,运用机器的逻辑功能,其功能才能得以实现。机器的逻辑功能,软件系统功能构筑其上,硬件系统功能运行于下。汇编语言直接描述机器指令,比机器指令容易记忆和理解。通过学习和使用汇编语言,能够感知、体会、理解机器的逻辑功能,向上为理解各种软件系统的原理,打下技术理论基础;向下为掌握硬件系统的原理,打下实践应用基础,是我们理解整个计算机系统的最佳起点和最有效途径。实验二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。实验内容:通过两个12位的微型开关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。实验软硬件硬件:4片Am2901软件:存储器内的指令集合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。二.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,一个微动开关可以提供12位的控制信号,标有microswitch1和microswitch2;数据开关是黑色的,左边的标有SWH的是高8位,右边的标有SWL的是低8位。微动开关与控制信号对应关系见表(由左到右):Microswitch1Microswitch2I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSHSCIBPORTAPORT三.开关检测红色微动开关是该实验系统使用寿命最短的器件,开关好坏的检测方法比较简单,用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX00”,从左面起第二个和第三个的开关处于任意位置,然后将两个微动开关上的24个小纽子依次置为1(开关拨到上方为1),看对应的指示灯是否亮,如果有一个或数个指示灯不亮,则一般是开关出了问题。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.接下来,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12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。运算I8-I0SSTSSHSCiBA压START前压START后ALU输出CZVSALU输出CZVS*D1+0-R001100011100100000000不用0101随机01010000*D2+0-R101100011100100000001不用1010000010100000R0+R1-R00110000010010000000000011111000021210000RO-R1-R001100100100100010000000101010000F0F11000R1-R0-R10110010010010001000100000F0F10000E0E1000R0∨R1-R00110110010010000000100000F0F10000F0F1000R0∧R1-R00111000010010000000000010101100001011000R0≮R1-R00111100010010000000000010E0E100001011000┘(R0≮R1)-R0011111001001000000000001FEFE10000E0E10012*R0-R011100001100100000000不用FEFE1001FDFC0001R0/2-R010100001100100000000不用FDFC00017EFE0001按“START”按键之前,ALU输出的是计算结果,参照ALU的操作周期的时序可知A、B口数据锁存是在时钟的下降沿,通用寄存器的接收是在低电平,所以要想寄存器接收ALU的计算结果必须按一次“START”按键。实验原理16位机用4片Am2901芯片级联而成,该芯片的第一个组成成分是一个4位的算逻运算部件ALU,它的输出为F,两个输入分别用R和S标记,还有送入ALU最低位的进位信号Cn。它能实现R+S、S-R、R-S三种算术运算功能,和R∨S、R∧S、R∧S、R∨S、R∨S五种逻辑运算功能。在给出运算结果的同时,还送出向高位的进位输出信号Cn+4,溢出标志信号OVR,最高位的状态信号F3(可能用作符号位),以及运算结果为零的标志信号F=0000。该芯片的第二个组成成分是由16个4位的通用寄存器组成的寄存器组。它是一个用双端口(A口和B口)控制读出,单端口(B口)控制写入的部件。为了对其进行读写,需通过A地址、B地址指定被读写的寄存器。两路读出数据分辨用A口、B口标记,经锁存器线路可以送到ALU的R、S输入端的多路选择器,A口读出数据还可以用作该芯片的可选输出信号之一。寄存器组的写入数据由一组多路选择器给出,并由B地址选择写入的寄存器。该芯片的第三个组成成分是4位的Q寄存器,主要用于实现硬件的乘法、除法指令,能对本身的内容完成左、右移位功能,能接收ALU的输出。输出送到ALU的S输入端。4片Am2901级联方式实验完成情况基本完成了本小节所有实验内容实验体会运算器,三大块(功能和组成),运算(ALU)、暂存(通用寄存器组)、乘除快(乘商寄存器),多路选通连起来(以便构成一个能协同运行的运算器整体。常由执行算术逻辑运算功能的ALU线路、暂存参加ALU运算的数据和中间运算结果的通用寄存器组、支持乘除法运算的专用寄存器三部分组成,三个部分之间通过多路选择器线路实现连接,从而构成一个完整的运算器部件Am2901是运算器的核心部件,A2901能够级联,并且实现R+S、S-R、R-S三种算术运算功能,和R∨S、R∧S、R∧S、R∨S、R∨S五种逻辑运算功能。本节的脱机运算器实验让我
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