計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告楊睿

1、 TH-union+ 教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué) 院： 信息學(xué)院 姓 名： 楊睿 班 級(jí)： 計(jì)算機(jī)1101B 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 李天工 北京聯(lián)合大學(xué)教務(wù)處編印實(shí)驗(yàn)一：TH-union+教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉TH-union+教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境。 2.學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)設(shè)置。 3.掌握實(shí)驗(yàn)機(jī)脫機(jī)實(shí)驗(yàn)的輸入方法，掌握使出信息的內(nèi)容和顯示位置。2、 實(shí)驗(yàn)步驟1.對(duì)照TH-union+實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖，在實(shí)驗(yàn)箱上查找上述每一個(gè)開(kāi)關(guān)、每一個(gè)顯示燈，熟記它們的功能。2.在實(shí)驗(yàn)箱上找到系統(tǒng)功能選擇開(kāi)關(guān)，熟悉其設(shè)置的各種功能。3.對(duì)控制信號(hào)開(kāi)關(guān)（實(shí)驗(yàn)機(jī)輸入設(shè)備）進(jìn)行測(cè)試。4.

2、對(duì)數(shù)據(jù)/指令開(kāi)關(guān)（實(shí)驗(yàn)機(jī)輸入設(shè)備）進(jìn)行測(cè)試。三、實(shí)驗(yàn)要求獨(dú)立回答以下問(wèn)題1） 說(shuō)明三組撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的作用，說(shuō)明二個(gè)微動(dòng)按鈕的作用。 答：左下方一組六個(gè)黑色撥動(dòng)開(kāi)關(guān)是用來(lái)選擇系統(tǒng)的功能和工作方式的； 中間一組36個(gè)紅色撥動(dòng)開(kāi)關(guān)是用于實(shí)驗(yàn)中手動(dòng)輸入32位控制信號(hào)的； 右下方一組16個(gè)黑色撥動(dòng)開(kāi)關(guān)是用于實(shí)驗(yàn)中手動(dòng)輸入16位信息（機(jī)器指令、數(shù)據(jù)或地址）“RESET”:實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重啟；“START”：實(shí)現(xiàn)單步進(jìn)行即按機(jī)器周期進(jìn)行。2）參考基本指令表，分析說(shuō)明實(shí)驗(yàn)機(jī)指令的操作數(shù)尋址使用了哪些尋址方式？ 答：立即數(shù)尋址、寄存器尋址、存儲(chǔ)器尋址。3） 說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中功能選擇開(kāi)關(guān)=110100時(shí)，所選擇的系統(tǒng)工作方式是什

3、么；功能選擇開(kāi)關(guān)=100000時(shí)，所選擇的系統(tǒng)工作方式是什么。 答：110100：16位分立電路CPU，手動(dòng)置指令，微程序，聯(lián)機(jī)單步工作； 100000: 16位分立電路CPU，內(nèi)存讀指令，微程序，脫機(jī)單步工作。4、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)讓我對(duì)于計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)機(jī)有了初步的了解和熟悉，對(duì)我以后實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行有很大的幫助。實(shí)驗(yàn)二：運(yùn)算器脫機(jī)實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解AM2901芯片構(gòu)成的運(yùn)算器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。 2.熟悉AM2901運(yùn)算器的控制信號(hào)作用。5、 掌握用AM2901運(yùn)算器個(gè)控制信號(hào)的使用方法；手動(dòng)使用控制信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算操作，觀察指令執(zhí)行的結(jié)果，以及對(duì)狀態(tài)標(biāo)志的影響。2 實(shí)驗(yàn)步驟脫

4、機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)，是讓運(yùn)算器從教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)中脫離出來(lái)，成為一個(gè)獨(dú)立的部件，學(xué)生用手動(dòng)的方式控制和驅(qū)動(dòng)運(yùn)算器工作，了解運(yùn)算器控制信號(hào)，了解運(yùn)算操作得實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：1.認(rèn)真解讀AM2901芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖，掌握數(shù)據(jù)通道、寄存器地址、控制信號(hào)的使用。2.設(shè)計(jì)運(yùn)算器操作時(shí)所需寄存器地址、控制信號(hào)、并填入表中。 3.設(shè)置實(shí)驗(yàn)機(jī)工作方式：16位分立電路CPU，手動(dòng)控制運(yùn)算器單步工作。 4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)初始化，先按“RESET”再按“START”。 5.在機(jī)器上進(jìn)行運(yùn)算器脫機(jī)實(shí)驗(yàn)，要求： （1）D1和D2是片外輸入的數(shù)據(jù)，通過(guò)16位數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)向運(yùn)算器提供數(shù)據(jù)，設(shè)： D1=1234H（轉(zhuǎn)換成

5、2進(jìn)制機(jī)器數(shù)為：0001 0010 0011 0100） D2=5678H（轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制機(jī)器數(shù)為：0101 0110 0111 1000） （2）在三個(gè)12位紅色微型開(kāi)關(guān)中選擇對(duì)運(yùn)算器起控制作用的位，向運(yùn)算器發(fā)送正確 的控制信號(hào)。 （3）通過(guò)顯示燈觀察運(yùn)算結(jié)果及狀態(tài)標(biāo)志，并將結(jié)果填入表中。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容運(yùn)輸處理功能I8-I0B口 地址A口 地址SSTSSH SCI 壓START前 壓START后ALU輸出CZVSALU輸出CZVSD1+0->R001100011100000010001234H00001234H0000D2+0->R001100011100010010005678H0

6、0005678H0000R0+R1->R00110000010000000100100068ACH0000BF24H0000R0-R1 ->R0011001001000100000010011234H0000BBBBH1000R1-R0->R1011001001000100000010014444H1000BBBCH1000R0R1->R0011011001000000010010003674H10003674H1010R0R1->R0011100001000000010010004444H10104444H1010R0R1->R00111100010000

7、00010010000000H10104444H0100/(R0R1)->R001111100100000001000000BBBBH01000000H0100R0x2->R01110100110000110000BBBBH01007776H1100R0/2->R010100001100001010007776H11003BBBH0100四、實(shí)驗(yàn)要求獨(dú)立回答以下問(wèn)題 1）實(shí)驗(yàn)機(jī)運(yùn)算器的手動(dòng)控制信號(hào)有多少個(gè)？如何輸入這些控制信號(hào)？ 答：手動(dòng)控制信號(hào)有32個(gè)；在脫機(jī)狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)撥到上方為1，撥到下方為0. 2）實(shí)驗(yàn)機(jī)寄存器有多少個(gè)？寄存器地址有多少位？ 答：實(shí)驗(yàn)機(jī)寄存器有16個(gè)；

8、地址有4位。 3）移位操作是否在ALU中完成？說(shuō)明理由。 答：是；ALU主要完成對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算（加減乘除）、邏輯運(yùn)算（與或非異或）以及移位操作。在某些CPU中還有專(zhuān)門(mén)用于處理移位操作的移位器。 4）SST信號(hào)在移位操作功能中起什么作用？ 答：CZVS可以保存信號(hào)，而保存的內(nèi)容由SST信號(hào)決定。 5）SSH/SCI信號(hào)在移位操作功能中起什么作用？ 答：SH/SCI信號(hào)控制Cin內(nèi)容的選擇。5、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我們初步掌握AM9120運(yùn)算器控制信號(hào)的方法，對(duì)于實(shí)驗(yàn)機(jī)的使用和原理有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們也發(fā)現(xiàn)了自己存在的不足，發(fā)現(xiàn)了自己的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)三：微程序控制器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)

9、驗(yàn)?zāi)康?1.深入理解計(jì)算機(jī)微程序控制器的功能、組織結(jié)構(gòu)等重要知識(shí)。 2.深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)典型指令的執(zhí)行流程。 3.系統(tǒng)掌握指令系統(tǒng)、指令分類(lèi)、指令格式、尋址方式、微指令格式、微程序流程等具體概念。二、實(shí)驗(yàn)步驟微程序控制器實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生手動(dòng)輸入一條指令，讓控制器一步一步執(zhí)行該指令的微程序，每一步都是按一下“START”鍵，直至該指令結(jié)束。實(shí)驗(yàn)通過(guò)以單步執(zhí)行方式執(zhí)行每一條微指令，了解微程序控制器的微指令、微命令，了解典型指令的微程序流程。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路如下：1.認(rèn)真解讀AM2910芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖，掌握指令、微指令、微程序及其關(guān)系。2.接通實(shí)驗(yàn)機(jī)電源。3.設(shè)置TH-union+實(shí)驗(yàn)機(jī)工作方式：分立電

10、路CPU的16位脫機(jī)單步工作、手動(dòng)輸入指令。4.通過(guò)16位數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)，手動(dòng)輸入一條機(jī)器指令。5.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)機(jī)初始化：按RESET鍵；指示燈Microp亮，其它燈全滅。6.用單步方式逐條執(zhí)行指令，通過(guò)觀察燈觀察執(zhí)行情況，并記錄微地址、微指令。3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 選擇SUB指令，觀察其微程序流程，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)附表。四、實(shí)驗(yàn)要求獨(dú)立回答以下問(wèn)題1）實(shí)驗(yàn)機(jī)微程序控制器的CM空間是多大？說(shuō)明分析過(guò)程。 答：微指令48位、微命令字段32位、判別位8位、下址8位， 控制器的CM空間=256*48位2） 實(shí)驗(yàn)機(jī)微指令是多少位？ 答：48位3）實(shí)驗(yàn)中，為什么當(dāng)微指令地址=31H時(shí)，一條指令的執(zhí)行就結(jié)束了？指令是在該微指令

11、執(zhí)行前結(jié)束，還是在執(zhí)行后結(jié)束？ 答：當(dāng)執(zhí)行微指令地址=31H時(shí)，這是指令的取指指令； 指令在該微指令執(zhí)行前結(jié)束。4） 當(dāng)微程序入口地址為19、1B時(shí)，這些微程序所對(duì)應(yīng)的指令之間有何共同特點(diǎn)？ 答：都需要在此之前進(jìn)行取值和異碼的操作。5）當(dāng)微程序入口地址為1D、1E、1F時(shí)，這些微程序所對(duì)應(yīng)的指令之間有何共同特點(diǎn)？ 答：都需要在此之前進(jìn)行取值和異碼的操作；在入口地址操作后需要手動(dòng)輸入一條指令字。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪怯涀〔⑹炀氝\(yùn)用各種指令，在操作上比較簡(jiǎn)單，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，我們基本了解了指令在微程序控制器中的具體實(shí)現(xiàn)流程，加深了我們?cè)谡n本中學(xué)習(xí)的知識(shí)的理解，對(duì)于課堂上的學(xué)習(xí)興趣有了一定的提

12、高。實(shí)驗(yàn)四：實(shí)驗(yàn)機(jī)操作系統(tǒng)（監(jiān)控程序）實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)TH-union+教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的聯(lián)機(jī)工作方式。2. 學(xué)習(xí)TH-union+教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控命令的使用方法。3. 學(xué)習(xí)TH-union+教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單的匯編程序設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)步驟1. 電源處于斷開(kāi)狀態(tài)，用9芯插頭穿行通信線連接TH-union實(shí)驗(yàn)機(jī)和PC機(jī)。2. 接通兩臺(tái)機(jī)器電源。3. 設(shè)置實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作方式：16位分立電路CPU，微程序在控制器連續(xù)執(zhí)行內(nèi)存指令4. 在PC機(jī)上啟動(dòng)操作終端軟件PCEC16.EXE。5. 練習(xí)監(jiān)控命令的使用，掌握其功能。6. 編寫(xiě)匯編程序段，實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的功能。3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在PC機(jī)上啟

13、動(dòng)PECE程序，完成連接例5：從鍵盤(pán)上連續(xù)打入實(shí)驗(yàn)者的完整學(xué)號(hào)，并在屏幕上顯示，遇到非數(shù)字字符結(jié)束輸入過(guò)程。四、實(shí)驗(yàn)要求獨(dú)立回答以下問(wèn)題1）繪制例3所給程序的流程圖。A 2000IN 81NSHR ROYIN 80OUT 80RET 80 2）說(shuō)明例3所給程序是如何確定鍵盤(pán)有輸入操作的？判斷的標(biāo)準(zhǔn)是什么？ 答：通過(guò)IN 81判斷；五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，讓我感受到了實(shí)驗(yàn)機(jī)與PC機(jī)連接之后進(jìn)行操作的感覺(jué)，將理論知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際的編程上。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于理論知識(shí)和實(shí)際操作之間的把握還不夠熟練，對(duì)于實(shí)驗(yàn)也有很多不到位的地方，多虧了老師和同學(xué)的幫助。實(shí)驗(yàn)五：實(shí)驗(yàn)機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

14、. 學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)典型過(guò)程。2. 熟悉實(shí)驗(yàn)機(jī)指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言語(yǔ)句。3. 理解計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境、指令語(yǔ)言系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言的互相關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)步驟1 準(zhǔn)備PC機(jī)和TH-union+實(shí)驗(yàn)機(jī)，確定電源處于斷開(kāi)狀態(tài)，用9芯插頭串行通信線連接TH-union實(shí)驗(yàn)機(jī)和PC機(jī)。2 接通兩臺(tái)機(jī)器電源。3 設(shè)置實(shí)驗(yàn)機(jī)工作方式將左下方的6個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)置為正確位置，實(shí)現(xiàn)“16位分立電路CPU，微程序控制器連續(xù)執(zhí)行內(nèi)存指令”的狀態(tài)。4 在PC機(jī)windows系統(tǒng)下，使用記事本編寫(xiě)源程序，聯(lián)系使用偽指令、運(yùn)算表等表達(dá)式，精簡(jiǎn)源程序的語(yǔ)句形式，提高編程質(zhì)量。源程序編寫(xiě)完成后，保存為.ASM擴(kuò)展名的文件。5 在PC機(jī)DOS

15、系統(tǒng)下，執(zhí)行TECA.EXE命令，打開(kāi)交叉程序匯編器界面，按提示鍵入軟程序的路徑、文件名、擴(kuò)展名等，完成匯編過(guò)程，生成.COD文件。6 在PC機(jī)上啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)操作終端軟件PCec16.EXE。按F10進(jìn)入主菜單，按選項(xiàng)提示，將剛生成的.COD文件從PC機(jī)下傳到實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)存。7 在實(shí)驗(yàn)機(jī)PCEC操作終端窗口，用監(jiān)控命令運(yùn)行程序，其結(jié)果在終端窗口上顯示。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容例2：設(shè)計(jì)一個(gè)有讀寫(xiě)內(nèi)存和子程序調(diào)用指令的程序，功能是讀出內(nèi)存中的字符，將其顯示到顯示器的屏幕上，轉(zhuǎn)換為小寫(xiě)字母后再寫(xiě)回存儲(chǔ)器原存儲(chǔ)區(qū)域。注：由于時(shí)間和對(duì)于該部分知識(shí)系統(tǒng)的不夠熟悉，實(shí)驗(yàn)五未能實(shí)現(xiàn)最后的運(yùn)行結(jié)果“ABCDEF”的成功顯示，相

16、關(guān)的實(shí)驗(yàn)拓展也沒(méi)有進(jìn)行。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)我們感受到了匯編語(yǔ)言的難度，對(duì)于我們的知識(shí)水平來(lái)說(shuō)對(duì)于匯編語(yǔ)言的理解和運(yùn)用還是有一定的難度的，實(shí)驗(yàn)也沒(méi)有成功的實(shí)現(xiàn)，以后一定要吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，做到實(shí)驗(yàn)之前提前預(yù)習(xí)理論知識(shí)，保證實(shí)驗(yàn)的效率。實(shí)驗(yàn)六：實(shí)驗(yàn)機(jī)BASIC語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)習(xí)使用實(shí)驗(yàn)機(jī)監(jiān)控程序中對(duì)BASIC語(yǔ)言的解釋執(zhí)行命令。2 學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行BASIC語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。3 了解高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言在處理能力和使用的方便程度等方面的區(qū)別。2、 實(shí)驗(yàn)步驟在出現(xiàn)的BASIC命令行提示符下，輸入程序，然后進(jìn)行執(zhí)行。3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 例1：這是一個(gè)完成整數(shù)排序功能的程序，要求首先輸入5個(gè)參加排序的整數(shù)數(shù)值，接下來(lái)完成對(duì)這5個(gè)整數(shù)的排序操作，并輸出最終的排序結(jié)果。 例4：這是一個(gè)解決8皇后問(wèn)題