计算机组成原理实验报告

实验一：脱机运算器实验
实验目的：了解AM2901运算器的功能与用法，2片AM2901的级连方式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。

实验仪器：TEC-2000实验仪
实验原理：脱机运算器实验，是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，这就不能执行指令，只能通过开头、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。

实验内容：1、将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX10（单步、8位、脱机）；先按RESET 按键，再按START按键，进行初始化。

2、按下表所列操作在8位机上进行运算器脱机实验，结果如表所示。

其中D1取为01H，D2取为10H；通过两个12位的红色微型开关向运算器提供控制倍，通过8位数据开关向运算器提供数据（高8位的数据开
结果分析：由结果可知，只要按AM2901芯片功能给出其相应的控制信号，即可完成相应的功能。

另AM2901操作周期如下：
A、B口数据锁存通用寄存器接收
即在下降沿时，A、B口数据锁存器锁存数据，在低电平时通用寄存器接收数据，因此在压START前，ALU输出为结果，压START后，产生高电平到低电平的变化，此时ALU输出的结果存入通用寄存器中，而ALU则输出操作再次被执行的结果，但该结果没有存入通用寄存器中，则下次操作时使用的寄存器值为存入值（表中表现为压START前值）。

实验结论：通过此项实验使我们了解了AM2901运算器的功能与用法，熟悉了2片AM2901的级连方式，以及深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识，让我们加深了对AM2901运算器各项特性的认知程度。

实验二：控制器部件教学实验
实验目的：通过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、格式和执行流程后，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。

达到以下目的：
1、理解计算机控制器的功能、组成知识
2、学习计算机各类典型指令的执行流程
3、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立总体概念
4、学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术
实验仪器：TEC-2000教学计算机
实验原理：
控制器设计是学习计算机总体组成的设计的重要部分，要在TEC-2000教学机上完成实验，要了解以下内容：
1、TEC-2000的功能部件及其连接关系；
2、TEC-2000的每个功能部件的功能和控制其运行办法；
3、TEC-2000支持的指令格式和指令执行流程分组情况；
4、TEC-2000中已经设计并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程，也包括控制器设计与实现中的具体线路和控制信号的组成；
5、自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。

实验内容：
1、将教学机左下方的5个拨动开关置为11111（单步、手动置指令、组合逻辑、8位、联机）
2、按RESET键
3、通过高8位的数据开关SWH置入指令操作码，观察每组基本指令的节拍流程：
A组指令：ADD R0，R1
（1）置SWH=00000001
（2）按RESET键，节拍指示灯T4-T0显示01100
（3）按START键，节拍指示灯T4-T0显示01000
（4）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00000
（5）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00010
（6）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00110
（7）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00100
B组指令：MVD R0，01H
（1）置SWH=11010000
（2）-（6）同A组指令
（7）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00111
（8）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00011
（9）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00001
C组指令：JC
（1）置SWH=11101010
（2）─（6）同A组指令
（7）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00111
（8）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00011
（9）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00001
（10）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00100
D组指令：JMP
（1）置SWH=11111111
（2）─（6）同A组指令
（7）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00101
（8）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00100
分析：通过实验可看出，复位后每条指令执行需5个公共节拍，即复位后指令寄存器PC（R5、R4）清零，
送指令地址低8位，送指令地址高8位及取指令，除此之外，A组指令需一步完成，B组指令需三步完成，C组指令执行节拍不一致，需4步、6步或8步完成，D组指令需2步完成。

4、通过高8位的数据开关SWH置入指令操作码，观察每组扩展指令的节拍流程：
A组指令：ADC R0，R1
（1）置SWH=01110011
（2）─（6）同基本指令公共节拍
（7）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00100
B组指令：INPT
（1）置SWH=11100010
（2）─（6）同基本指令公共节拍
（7）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00111
（8）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00011
（9）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00001
（10）按START键，节拍指示灯T4-T0显示00100
用教学机已实现的基本指令和扩展的几条指令编写程序并运行，测试扩展的几条指令是否正确。

例：测试ADC指令
（1）在PC机上运行PCEC文件，设置PC机的串口为1
（2）置控制开关为00111（连续、内存读指令、组合逻辑、8位、联机）
（3）按RESET，再按START
（4）在命令提示符状态下输入：A 2000
（5）从地址2000H开始输入下列程序
MVD R0，01
MVD R1，10
STC
（6）按回车退出编辑状态
（7）在命令提示符状态下输入：A 2006
（8）在地址2006H处输入RET
（9）回车退出编辑状态
（10）用E命令输入ADC R0，R1的代码71H，即在命令行提示符状态下输入：E 2005
（11）输入71
（12）回车退出编辑状态
（13）用G命令运行前面的源程序，在命令行提示符状态下输入：G 2000
（14）运行结果为R0=12，R1=10
实验结论：通过这次实验使我们对计算机控制器的功能、组成知识、计算机各类典型指令的执行流程加深了理解，对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立了总体概念，并且对组合逻辑控制器的设计过程和相关技术进行了一次一定程度上的学习。

实验三：存储器部件教学实验
实验目的：通过计算机中已经使用的几个存储器芯片的逻辑连接关系和用于完成存储器容量扩展的几个存储器芯片的布线安排，在教学计算机上设计、实现并调试出存储器容量扩展的实验内容。

达到的目的是：
1、理解计算机内存储器的功能、组成知识
2、学懂静态存储器芯片的读写原理和他们组成教学计算机存储器系统的方法，控制其运行的方式
实验设备：TEC-2000教学计算机
实验原理：
教学计算机存储系统由ROM和RAM两个存储区组成，分别用EPROM芯片和RAM芯片构成。

TEC-2000教学机中还有几个存储器底座，可以插上相应存储器芯片以完成存储器容量扩展的教学实验，为此须了解:
1、TEC-2000的存储器系统的总体组成和连接关系；
2、TEC-2000的有关存储芯片、IO接口芯片的片选控制和读写命令的给出和具体使用办法。

3、27、28系列ROM存储芯片在读写控制、写入时间等方面的异同之处，并正确建立连线关系和在程
序中完成正确读写过程。

4、如何在TEC-2000中使用扩展存储空间并检查运行的正确性。

实验内容：
1、将6116RAM芯片右侧的插针断开，将标有/CS的圆孔针与标有MEM/CS的一排圆孔针中地址为0000
——BFFF的一个用导线相连。

2、有E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

输入命令E A000，回车后依次输入若干数据，回车结束；输入命令D A000，可看到从A000开始的内存单元内容为刚刚输入的值。

3、断电重启，用D A000命令可看到刚刚输入的值丢失。

分析：6116的容量为2K字节，所以其对应的地址空间有重叠，A000H-A7FFH为其中的一个。

RAM 为随机存取存储器，其内容可随意输入，但断电后数据丢失。

4、将28C64EEPROM芯片右侧的插针断开，将标有/CS的圆孔针与标有MEM/CS的一排圆孔针中地
址为4000-5FFF的一个用导线相连。

将ROM芯片两边标有VCC/MWR 3个插针下面2个短接，标有A11/MWR 3个插针上面2个短接，标有2764 2个插针断开，标有/MRD GND 3个插针上面2个短接
5、用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

（方法同RAM扩展），可看到数据被写入
6、断电后重启，用D命令察看刚刚写过的内存单元，数据没有变化
7、用A命令向该内存空间写一条指令，用U命令反汇编，可看到写入结果有时不正确。

实验结论：通过此次存储器部件实验的过程，使我们加深了对计算机内存储器的功能、组成知识的理解程度，同时在一定程度上学懂了静态存储器芯片的读写原理和他们组成教学计算机存储器系统的方法。

实验四基础汇编语言程序设计
实验目的：1、学习和了解TEC-2000八位机监控命令的用法
2、学习和了解TEC-2000八位机的指令系统
3、学习简单的TEC-2000八位机汇编程序设计
实验仪器：TEC-2000教学计算机
实验原理：TEC-2000教学计算机为用户提供了许多指令，可以通过这些指令完成各种汇编命令。

实验内容：1、连接教学计算机与PC机
2、接通电源，在PC机上运行PCEC文件
3、置控制开关为00111
4、按RESET键，再按START键
5、用R命令查看寄存器内容或修改寄存器内容
6、用D命令显示存储器内容
7、用E命令修改存储器内容
8、用A命令输入一段汇编源程序
MVD R0，AA
MVD R1，55
ADD R0，R1
AND R0，R1
RET
9、用U命令反汇编
10、用G命令运行源程序
11、用T或P命令单步执行程序
分析：通过本实验的过程掌握教学计算机的指令系统及监控命令的用法，与汇编语言的DEBUG很相似，但要求命令必须用大写字母。

实验结论：通过本实验的实验过程，学习和了解了TEC-2000八位机监控命令的用法和TEC-2000的指令系统，同时对TEC-2000的简单汇编程序设计进行了学习。