计算机组成原理实验五~六

计算机学院学院计算机科学与技术专业班___组、学号姓名协作者______________教师评定_______________实验题目实验五微程序控制器部件教学实验一、实验目的：1.全面掌握计算机各部件组成及相互联接关系2.深入理解计算机微程序控制器的功能组成知识3.深入的学习计算机各类典型的指令的执行流程4.对指令格式，寻址方式，指令系统，指令分类等建立具体总概念5.学习微程序控制器的设计过程和相关过程二、实验设备与器材：TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。三、实验说明和原理：制器设计是学习计算机总体组成和设计的最重要部分。要在TEC-XP16教学计算机完成这项实验，必须清楚地懂得：1、TEC-XP+教学机的微程序控制器主要由微程序定序器AM2910、产生当前微地址和下地址的微控存和MACH器件组成。2、TEC-XP+教学机上已实现了的全部基本指令和留给用户实现的19条扩展指令的控制信号都是由微控存和MACH给出的。3、应了解监控程序的A命令只支持基本指令，扩展指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中；不能用T、P命令单步调试扩展指令，只能用G命令执行有扩展指令的程序。4、要明白TEC-XP+教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解TEC-XP+教学机中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程、也包括控制器设计的实现中的具体路线的控制信号的组成。5、要明确自己要实现的指令功能、格式、执行流程设计中必须遵从的约束条件。为了完成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、调试正确的内容，具体过程包括。（1）确定指令格式和功能，包括确定要用的操作码,指令中的其它字段的内容分配与使用，要受到教学机已有硬件的约束，应尽量与已实现指令的格式和分类办法保持一致。（2）按新指令的功能和格式、设计指令的执行流程。划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计微地址和下地址的取值，应参照已实现指令的处理办法来完成。（3）在指令流程表中真写每一个控制信号的状态值，基本上是个查表填数的过程，应特别仔细，并有意识地体会这些信号的控制作用。（4）将设计好的微码，装入控制存储器的相应单元。（5）写一个包含你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，来初步判断你的设计是否正确；如果有问题，通过几种办法查出错误并改正，继续调试，直到完全正确。四、实验内容：1)完成控制器部件的教学实验，主要内容是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。2)首先是看懂TEC-XP+教学计算机的功能部件组成和线路逻辑关系，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。3)设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学机上实现、调试正确。4)单条运行指令。查看指令的功能、格式和执行流程。5)用监控程序的A、E命令编写一段小程序，观察运行结果。五、实验步骤：1)接通教学机电源。2)将教学机左下方的六个拨动开关置为110100.3)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。示例：选择基本指令的A组指令中的ADD指令，观察其流程a)置拨动开关SW＝0000000000000001；b)按RESET按键，指示灯Microp亮，其它全灭。c)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示11100000，微址和下址的指示灯全灭；d)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示11100000——微址指示灯显示00000001，下址的指示灯全灭。e)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示11100000——微址指示灯显示00000010，下址的指示灯全灭。f)以上三步为公共操作，其它指令同；g)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00100000——微址指示灯显示00000011，下址的指示灯显示00000100。h)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00110000——微址指示灯显示00000100，下址的指示灯显示为00110000。i)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00110000——微址指示灯显示00111010，下址的指示灯显示00111010。j)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00110010——微址指示灯显示00111010，下址的指示灯显示00000010。6)在连续方式下，用A命令键入程序并运行。示例：计算1到10的累加和代码输入：结果显示：7)设计几条指令的功能、格式和执行流程，设计每条微指令各字段的具体编码值，包括控制码的各字段、下地址字段、形成下址用到的条件码。a)扩展几条指令，确定各步的控制信号。b)将扩展好的控制信号添加到给出的MACH程序中，编译生成JED的熔丝图文件，写入MACH内的寄存器中。指令操作功能微址下址CI3-0SCC3-0MRWI2-0I8-I6I5-3BASSTSSHSCIDC2DC1ADCDR+SR+CF-DR50300011000010000101100000000000001010000000STCSTC57300011000010000000100000000000100000000000LDRAPC-ARPC+1-PC5B001110000010001101000001010101000001011000MEM-AR5C1C0011000000111100100000000000000000011000CALRSP-1-SP,AB64001110000010001101100101000000000000011000PC-MEM65001110000000010000100000000101000000000001SP-PC663000110000100100011000010100000000000000008)在单步方式下，通过指示灯观察各类扩展指令的微码。示例：选择基本指令的A组指令中的ADC指令，观察其流程。a)置拨动开关SW＝0010000000000000；b)按RESET按键，指示灯Microp亮，其它全灭。c)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示11100000，微址和下址的指示灯全灭；d)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示11100000——微址指示灯显示00000001，下址的指示灯全灭。e)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示11100000——微址指示灯显示00000010，下址的指示灯全灭。f)以上三步为公共操作，其它指令同；g)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00100000——微址指示灯显示00000011，下址的指示灯显示01010000。h)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00110000——微址指示灯显示01010000，下址的指示灯显示为00110000。i)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00110010——微址指示灯显示00110000，下址的指示灯显示00111010。j)按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示00110000——微址指示灯显示00110001，下址的指示灯显示00000010。9)用A、E键入程序连续运行。a)示例1：测试ADC指令。代码输入：结果显示：b)示例2：测试LDRA指令代码输入：结果显示：六、思考题：问题：在“A”命令下能否直接输入新指令？为什么？答：不能，A命令只持基本指令，扩展应用指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中。七、实验心得：本次实验让我们对指令的格式、寻址方式以及指令系统有了一个总体概念，特别是对于扩展指令的认识与使用得到了加深，并且可以自主实现自设微码调用微指令，初步掌握了微程序控制器的设计过程。此外，我们通过对指令的执行，更为深入地知晓汇编典型指令的执行流程，有了感性的认识，减少了学习的枯燥。本次实验需要用到的单步运行指令较多，慢慢地习惯了对指令的调试以及内存或寄存器的查询。还有，当我们使用扩展指令时，需要用E命令输入。计算机学院学院计算机科学与技术专业班___组、学号姓名协作者______________教师评定_______________实验题目实验六输入/输出接口扩展实验一、实验目的：1.了解串行接口与计算机主机之间的数据传送方。2.理解串行接口芯片的内部组成的传送数据的运行方式。了解串行接口在投入运行之前必须执行的初始化操作的作用及完成初始化操作的具体方案。二、实验设备与器材：TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。三、实验说明和原理：1)串行通信是指外设和计算机间使用一根数据信号线,数据在一根数据信号线上按位进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。2)这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，当然，其传输速度比并行传输慢。相比之下，由于高速率的要求，处于计算机内部的CPU与串口之间的通讯仍然采用并行的通讯方式，所以串行口的本质就是实现CPU与外围数据设备的数据格式转换（或者称为串并转换器），即当数据从外围设备输入计算机时，数据格式由位(bit)转化为字节数据；反之，当计算机发送下行数据到外围设备时，串口又将字节数据转化为位数据。3)串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。四、实验内容：1)为扩展I/O口选择一个地址，即将与COM2接口相连的8251的/CS与标准有I/O/CS的一排插孔中的一个相连。2)将COM2口与终端或另一台运行有PCEC16的PC机的串口相连。3)用监控程序的A命令，编写一段小程序，先初始化COM2口，再身COM2口发送一些字符，也可从COM2口接收一些字符，或实现两个串口的通信。五、实验步骤：1)为扩展I/O口选择一个地址：将与COM2口相连的8251的/CS与标有I/O/CS的插孔中地址为A0-AF的一个相连。2)将教学机COM1口与一台PC机相连，在PC机上启动PCEC16.EXE。3)断开COM1与PC的串口线，将其连接到另一台PC机或同一个串口，同样启动PCEC16.EXE。4)用另一根串口线将COM2口和第一台PC或同一台PC的另一个串口相连。5)在与COM1相连的PCEC上输入程序，这是主PCEC可以输入输出，和COM2连接的是从PCEC只作输出。6)用A、E命令编程进行COM2口的操作。以下代码为两个PC机串行通讯代码：从2000H单元开始输入下面的程序2000：MVRDR0，004E2002：OUTA12003：MVRDR0，00372005：OUTA12006：IN812007：SHRR02008：SHRR02009：JRNC200D200A：IN80200B：OUT80200C：OUTA0200D：INA1200E：SHRR0200F：SHRR02010：JRNC20062011：INA02012：OUT802013：JR20062014：RET7)扩展实验a)为扩展I/O口选择一个地址：将与COM2口相连的8251的/CS与标有I/O/CS的插孔中地址为A0-AF的一个相连。b)将一台教学机COM1口与一台PC机相连，在PC机上启动PCEC16.EXE。c)将另一台教学机COM1口与另一台PC机相连，同样启动PCEC16.EXE。d)用一根串口线将第一台的教学机的COM2口与另一台教学机的COM2口相连。在两台PC机对应的PCEC上分别输入上面程序本机截图：联机截图：六、实验心得：1.做题绝对要仔细！把接线正确连接是基础，一开始就得检查好，不能看见线事先连接好就偷懒不检查。2.做事要有耐心，一次不成功就尝试第二次，总会有成功