计算机组成与结构 学生实验讲义.doc

PAGE PAGE 64 计算机组成与结构 （面向信息科学与工程学院本科专业） 实 验 讲 义 河北北方学院信息科学与工程学院 目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u TEC-XP实验设备概述 2 TEC-XP教学机的主要技术指标 3 TEC-XP教学机的面板结构 3 TEC-XP教学机的脱机和联机工作方式 4 TEC-XP教学机串口的状态寄存器 5 TEC-XP教学机与PC机的联机操作方法 5 TEC-XP教学机的监控命令 6 TEC-XP教学计算机的指令系统 6 实验一 基础汇编语言程序设计（一）（3学时） 11 实验二 基础汇编语言程序设计（二）（4学时） 16 实验三 脱机运算器实验 （4学时） 20 实验四 存储器部件教学实验（3学时） 27 实验五 微程序控制器实验（4学时） 33 实验六 组合逻辑控制器部件教学实验（4学时） 50 实验七 I/O口扩展实验（4学时） 58 实验八 中断实验（4学时） 60 TEC-XP实验设备概述 TEC-XP实验设备是由清华大学科教仪器厂和清华大学计算机系联合研制，并通过教育部鉴定的实验系统。TEC-XP是在原有TEC系列教学计算机系统的基础上，重新设计的新一代产品，进一步增加了用单片FPGA门阵列器件实现的CPU系统。该实验系统重点用于计算机组成原理、计算机系统结构等课程的硬件教学实验，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。 TEC-XP教学机的外观如图1所示。 图1 TEC-XP教学机的外观 TEC-XP教学机的系统结构如图2所示。 图2 TEC-XP教学机的系统结构图 TEC-XP教学机的主要技术指标 TEC-XP教学机的机器字长16位，即运算器、主存、数据总线、地址总线都是16位。 （1）TEC-XP的内存地址分配如图3所示。其中0000H~1FFFH的8K空间是由ROM构成的，存放洗的监控程序，2000H~27FFH的2K空间是由RAM构成的工作区。该教学机还可以进一步完成存储器扩展的教学实验，扩展地址从4000H开始。 图3 TEX-XP教学机的内存分配 （2）运算器由4片位片结构器件级联而成，片间用串行进位方式传递进位信号。ALU实现8种算术与逻辑运算功能，内部包括16个双端口读出、单端口写入的通用寄存器，和一个能自行移位的乘商寄存器。设置C（进位标志位）、Z（零标志位）、V（溢出标志位）、S（符号标志位）四个状态标志位。 （3）控制器采用微程序和硬布线两种控制方案实现，可由实验者自由选择。 TEC-XP教学机的面板结构 TEC-XP教学机的面板结构如图4所示，控制部件主要由运算部件ALU、控制部件——组合逻辑控制器和微程序处理器、存储部件——ROM和RAM、控制存储器等芯片构成。 用户输入部分在面板的最下方，自左向右分别是工作模式选择开关、运算器控制信号输入开关、数据输入开关三个部分。系统中的输出结果可由面板上的发光二极管状态得到。 图4 TEX-XP教学机的面板 TEC-XP教学机的脱机和联机工作方式 TEC-XP教学机可以采用脱机和联机两种工作方式。 脱机工作方式是指所有操作在TEC-XP教学机上完成，通过控制按钮、数据开关等硬件的设置来控制TEC-XP教学机的工作，执行结果在发光二极管上查看。这种方式适合于需要做硬件级别实验时使用。 联机工作方式是指，TEC-XP教学机通过串口与PC连接，由PC运行仿真终端软件PCEC，在监控状态下对TEC-XP教学机的工作进行操作控制。这种方式适合于需要大量数据输入和输出的实验中使用。 图5 TEC-XP教学机的串口 工作模式选择开关 在每次使用TEC-XP教学机进行实验之前，都应先选择当前教学机应工作的状态，这由面板左下方的5个黑色控制开关的状态决定，工作模式的选择如表1所示。其中“1”表示开关上拨，“0”表示开关下拨，“X”表示该开关无用。 表1 工作模式选择开关状态 开关状态 工作模式 00110 连续运行程序、采用组合逻辑控制器、联机、16位机 00010 连续运行程序、采用微程序控制器、联机、16位机 11110 单步运行程序、手动设置指令、采用组合逻辑控制器、联机、16位机 11010 单步运行程序、手动设置指令、采用微程序控制器、联机、16位机 1XX00 16位机、脱机运算器实验 TEC-XP教学机串口的状态寄存器 TEC-XP教学机是通过串口（可编程串行接口8251A）与PC连接的，在联机操作中，PC机对教学机的访问是通过对其数据端口和控制状态端口来完成的。TEC-XP教学机的COM1口（左侧）的数据端口