计组实验报告

_计算机_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：_ _______________________

一、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-CP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；

二、实验设备与器材：

TEC-XP+教学实验系统 仿真终端软件PCEC

三、实验内容：

一、学习联机使用TEC-XP教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

二、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：

三、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：

四、实验步骤：

一、实验具体操作步骤

(2)准备一台串口工作良好的PC机；

(3)将TXC－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；

(4)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； (5)取出通讯线，将通讯的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；

(6)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，在这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、下方有标示；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；

(7)打开电源，船形开关和5V电源指示灯亮。

(8)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”，其它设置一般不作改动，直接回车即可。

(9)按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，主机上显示：

TEC—2000 CRT MONITOR Version 1.0 April 2001

Computer Architectur Lab,Tsinghua University Programmed by Ha Jia >

二、实验注意事项：

几种常见的工作方式（开关拨到上方表示为1，拨到下方为0）

三、仿真终端软件的操作步骤

五、在PC机上建一个文件夹TEC—XP；

六、取出配套的用户盘，将应用程序PCEC16拷贝到用户机器硬盘上该文件夹里； 七、双击PCEC16图标，出现如图所示的界面：

八、系统默认选择串口1，用户可根据实际情况选择串口1或是串口2（这里的串口指的是

和TEC—XP教学实验系统相连接的PC机的串口），按回车后出现如图界面：

九、图中是系统设定的一些传输参数，建议用户不要改动，直接回车。按下“RESET”按钮

开放后再按下“STRAT”按钮，出现界面如图所示： 十、此时表明TEC—XP机器联机通讯正常。 六．实验示例：

1.用R命令查看寄存器内容或修改寄存器的内容 1）在命令行提示符状态下输入： R ；显示寄存器的内容

R0=AAAA R1=5555 R2=0000 R3=FFDF SP=S780 PC=2000 R6=0006 R7=FFFF R8=0000 R9=FFFD R10=0000 R11=DFFF R12=FF9F R14=2600 R15=FFFF 注：寄存器的内容在运行程序或执行命令后会发生变化。

2）在命令行提示符状态下输入：

R R0 :修改寄存器R0的内容，被修改的寄存器与所赋值之间可以无空格，也可

由一个或数个空格

主机显示： 寄存器原值：_

在该提示符下输入新的值0036

再用R命令显示寄存器的内容，则R0的内容变为0036。 AAAA:0036 R0=0036

2.用D命令显示存储器内容 在命令行提示符状态下输入： D 2000

会显示从2000H开始的连续128个字的内容：

2000 8800 AAAA 8810 5555 0001 0201 8F00 DFFF 2008 1000 6FFA 0000 FFBF 1000 FFFF 0000 FFFF

连续使用不带参数的D命令，起始地址会自动加128（即80H）

3.用命令修改存储器内容 在命令提示符状态下输入： E2000 屏幕显示：

2000 地址单元的原有内容：光标闪烁等待输入 输入 0000

依次改变地址单元2001～2005的内容为：1111 2222 3333 4444 5555 2000 8800:0000 AAAA:1111 8810:2222 5555:3333 0001:4444 0201:5555 注意：用E命令连续修改内存单元的值时，每修改完一个，按一下空格键，系统会自动给出下一个内存单元的值，等待修改；按回车键则退出E命令。

4.用D命令显示这几个单元的内容 D 2000

可以看到这6个地址单元的内容变为0000 1111 2222 3333 4444 5555。 2000 0000 1111 2222 3333 4444 5555 8F00 DFEF

5.用A命令花不如一段汇编源程序，主要是想累加器送入数据和进行运算，执行程

序并观察运行结果。

1）在命令行提示符状态下输入：

A 2000：表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000：

输入如下形式的程序：

2000：MVRD R0，AAAA ;MVRD与R0之间有且只有一个空格，其他指令相同 2002：MVRD R1，5555 2004：ADD RO，R1 2005：AND R0，R1

2006：RET ;程序的最后一个语句，必须为RET指令 2007：（直接敲回车键，结束A命令输入程序的操作过程）

若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确

的指令即可。

2）用U命令反汇编刚输入的程序 在命令行提示符状态下输入： U 2000

在相应的地址会得到输入的指令及其操作码 U 2000

2000：MVRD R0，AAAA 2002：MVRD R1，5555 2004：ADD RO，R1 2005：AND R0，R1 2006：RET 2007：

注：连续使用不带参数的U命令时，将从上一次反汇编的最后一条语句之后接着继

续反汇编。

3）用G命令运行前面键入的源程序 G 2000

程序运行结束后，可以看到程序的运行结果，屏幕显示各寄存器的值，其中R0和

R1的值均为5555H，说明程序运行正确。 R0=5555 R1=5555

4）用P或T命令，但不执行这段程序，观察指令执行结果 在命令行提示符状态下输入： T 2000

寄存器R0被赋值为AAAAH T

寄存器R1被赋值为5555H T

做加法运算，和放在R0，R0 的值变为FFFFH T

做与运算，结果放在R0，R0的值变为5555H

用P命令执行过程同上

注：T总是执行单条指令，但执行P命令时，则把每一个CALL语句连同被调用的子

程序依次执行完成。T，P命令每次执行后均显示所由通用寄存器及状态寄存器的内容，并反汇编出下一条将要执行的指令。 例1：

设计一个小程序，从键盘上接收一个字符并在屏幕上数出显示该字符。 在命令行提示符状态下输入： A 2000↓ 屏幕将显示： 2000：

输入如下形式的程序：

2000：IN 81 ：判断键盘上是否按了建 2001：SHR R0 ：即串行口是否有输入的字符 2002：SHR R0

2003：JRNC 2000 ：未输入完则循环测试 2004：IN 80 ：接收该字符

2005：OUT 80↓ ：在屏幕上输出显示字符‘6’ 2006：RET↓ ：每个用户程序都必须用RET指令结束 2007：↓ ：（按回车即结束输入过程）

注：在十六位机中，基本I/O接口的地址是确定的，数据口的地址为80，状态口的

地址为81。

用“G”命令运行程序 在命令提示符状态下输入： G 2000↓ “8” 输出“8”

执行上面输入的程序

光标闪烁等待输入，用户从键盘入字符后，屏幕会显示该字符。

该例建立了一个从主存2000H地址开始的小程序。这种方式下，所有的数字都约定使用16进制数，故数字后不用跟字符H。每个用户程序的最后一个语句一定为RET汇编语句。

因为监控程序是用类似子程序调用方式使实验者的程序投入运行的，用户程序只有用RET语句结束，才能保证程序运行结束时能正确返回到监控程序的断点，保证监控程序能继续控制教学机的运行过程。

五、实验心得：

学会了联机使用TEC-XP教学实验系统和仿真终端软件PCEC，教学实验系统监控命令的用法，了解了TEC-CP教学实验系统的指令系统，试着做汇编程序设计，在尝试中发现汇编程序设计的方法，发现学习的奥秘。

_计算机_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：_ _______________________

一、实验目的：

深入了解AM2901运算器的功能与具体用法，4片AM2901的极连方式，深化运算器部件的组成，设计，控制与使用等诸项知识。

二、实验设备与器材：

TEC-XP+教学实验系统

三、实验说明和原理：

托极运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，此时，他的全部控制与操作均需通过两个12位的卫星开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关，案件控制数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器结果。 下面先把前边几讲过的，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位数据的拔动开关。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micro switch 1和micro switch 2：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（从左到右）：

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”，从左面其第二个和第三个的开关处于任意位置，然后将两个未动开关上的24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，则一般是开关除了问题。

四、实验内容：

1、要完成存储器容量扩展的教学实验，需为扩展存储器选择一个地址，并注意读写和OE等控制信号的正确状态。

2、用监控程序的D、E命令对存储器进行读写，比较RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）、EPROM（27系列芯片）在读写上的异同。

3、用监控程序的A命令编写一段程序，对RAM（6116）进行读写，用D命令查看结果是否正确。

4、用监控程序的A命令编写一段程序，对扩展存储器EEPROM（28系列芯片）进行读写，用D命令查看结果是否正确；如不正确，分析原因，改写程序，重新运行。

1、实验步骤：

4． 将教学机左下方的5个拨动开关置为11XX00(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.

5． 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.

注:用*标记的运算,表示D1,D2的数据是由拨动开关SW给出的,开关给的是二进制的信号,注意二进制和十六进制间的转换.

六、思考题：

问题：分析比较各指令按START键前和按START键后的值，是否有不同并解释。

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.

七、实验心得：

了解了AM2901运算器的基本结构，分析遇到的各种现象，判断结果是否正确。在老师的指导下，受益匪浅。实验之前认真预习,包括操作步骤,实验过程所用数据和运行结果等,否则实验效率会很低,所学到的内容也会大受影响，实验过程当中,要仔细进行,防止损坏设备,分析可能遇到的各种现象,判断结果是否正确,记录运行结果。

_计算机_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：_ _______________________

一、实验目的：

1.熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处；学习用编程器设备

向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。

2.理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案。

3.了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常时序关系。

4.了解如何通过读、写存储器的指令实现对58C56 ROM芯片的读、写操作。

5．加深理解存储器部件在计算机整机系统中的作用。

二、实验设备与器材：

TEC-XP+教学实验系统

仿真终端软件PCEC

三、实验说明和原理：

（1）内存储器原理

内存储器是计算机中存放正在运行中的程序和相关数据的部件。在教学计算机存储器

部件设计中，出于简化和容易实现的目的，选用静态存储器芯片实现内存储器的存储体，包

括唯读存储区和随读写存储区两部分，ROM存储区选用4片长度8位、容易8KB的58C65芯

片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合

成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：0-1777h

用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM

，保存用户程序和用户数据，其高端

的一些单元作监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩

展内存容量的教学实验。

地址总线的低13位送到ROM芯片的地址线引脚，用于选择芯片内的一个存储字。用于

实现存储字的高位字节的3个芯片的数据线引脚、实现低位字节的3个芯片的数据线引脚分

别连接在一起接到数据总线的高、低位字节，是实现存储器数据读写的信息通路。数据总线

要通过一个双向三态门电路与CPU一侧的内部总线IB相连接，已完成存储器、接口电路和

CPU之间的数据通讯。

（2）扩展教学机的存储器空间

四、实验内容：

1、要完成存储器容量扩展的教学实验，需为扩展存储器选择一个地址，并注意读写和OE

等控制信号的正确状态。

2、用监控程序的D、E命令对存储器进行读写，比较RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）、

EPROM（27系列芯片）在读写上的异同。

3、用监控程序的A命令编写一段程序，对RAM（6116）进行读写，用D命令查看结果是否

正确。

4、用监控程序的A命令编写一段程序，对扩展存储器EEPROM（28系列芯片）进行读写，用

D命令查看结果是否正确；如不正确，分析原因，改写程序，重新运行。

1、实验步骤：

1.检查FPGA下方的插针要按下列要求短接：标有“/MWR”“RD”的插针左边两个短接，标有

“/MRD”“GND”的插针右边两个短接，标有ROMLCS和RAMLCS的插针短接。

2.RAM（6116）支持即时读写，可直接用A、E命令向扩展的存储器输入程序或改变内存单元

的值。RAM中的内容在断电后会消失，重新启动实验机后会发现内存单元的值发生了改变。

1>用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

在命令行提示符状态下输入：

E 2020

屏幕将显示： 2020 内存单元原值：

按如下形式键入：

2020 原值：2222（空格）原值：3333（空格）原值：4444（空格）原值：5555*

在命令行提示符状态下输入：

D2020

屏幕将显示从2020内存单元开始的值，其中2020H~2023H的值为：

2222 3333 4444 5555

断电后重新启动教学实验机，用D命令观察内存单元2020~2023的值。会发现原来置入

到这几个内存单元的值已经改变，用户在使用RAM时，必须每次断电重新启动

后都要重新输入程序或修改内存单元的值。

0000 FFF7 0000 FFFF

2>用A命令输入一段程序，执行并观察结果。

在命令行提示符状态下输入：

A 2000

屏幕将显示：2000：

按如下形式键入：

2000：MVRD R0，AAAA

2002：MVRD R1，5555

2004：AND R0，R1

2005：RET

2006：

在命令行提示符状态下输入：

T 2000

R0的值变为AAAAH，其余寄存器的值不变。

R0=AAAA

T

R1的值变为5555H，其余寄存器的值不变。

R0=AAAA R1=5555

T

R0的值变为0000H，其余寄存器的值不变。

R0=0000

在命令行提示符状态下输入：

G 2000

运行输入的程序。

R0=0000 R1=5555

在命令行提示符状态下输入：

R

屏幕显示：

R0=0000 R1=5555 R2=„

RAM芯片可直接用A命令键入程序，但断电会丢失，要再次调适该程序必须重新输入，

对那

些较长的程序或经常用到的程序可通过交叉汇编，在上位机生成代码文件，每次家电启

动

后不用重新输入，只需通过PCEC16将代码文件传送给下位机即可。

3. 将扩展的ROM芯片（27或27系列的替代产品58C65芯片）插入标有“EXTROMH”和“EXTROMP”

的自锁进插座，要注意芯片插入的方向，带有半圆形缺口的一方朝左插入。如果芯片插入方

向不对，会导致芯片毁坏，然后锁紧插座。

4. 将扩展芯片右边的插针按下列方式短接：将EXTROMH芯片右上方的标有“WE”“ALL”的

插针下面两个短接，将他右边标有“TEC”“/CS”“FPGA”的三个插座左边两个短接，标有

XTROMLCS的插针短接，标有“TEC”“OE”“GND”“FPGA”的四个指针上边一排左边的两个短

接。

5. 在第四部中用户可以将右侧标有“TEC”“/CS”“FPGA”的三个插针左边两个短接这表示

扩展的ROM的内存地址是从4000H开始，可用空间是4000H~5FFFH，用户可在这个范围内输

入程序或改变内存单元的值，也可以将这个插针断开，将标有/CS的圆孔针与标有MEM/CS

的一排圆孔针中的任意一个用导线相连；注意连接的地址范围是多少，用户可用的地址空间

就是多少。

6. 将标有“DataBus15-8”和“DataBus7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接；

7. 将标有“AdressBus15-8”和“AdressBus7-0”的数据总线的指示灯下方的插针短接；

下面以2764A为例，进行扩展EPROM试验。

8. EPROM试紫外线可擦除的电可改写的指读存储器芯片。在对EPROM进行重写前必须先擦

除并判断，再通过编程进行编程。

将芯片0000~001F的内存单元的值置成01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E

0F 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F

将变成好的芯片插在扩展芯片的高位，低位不插，按上面的提示插好插针。

用D命令看内存单元0000~001F的值。可以看到内存单元的值为：01FF 02FF 03FF

04FF~~1FFF。

用E命令向芯片内存单元置值，再用D命令查看，会发现原来的指没有改变；用A命令

向芯片所在的地址渐入程序，用U命令反汇编，会发现地址保持原来的值。该试验说明，

EPOROM不能直接修改和编程，必须先擦除，再通过编程器编程。

将教学其断电后重启，用D命令看内存单元的0000~001F的内容，会发现数值不变，EPROM

的内容在断电后会保持。

0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 000A„„001E 001F

9. AT28C64B的读写操作和一般的RAM一样，而其写操作，需要一定的时间，大约为1毫秒。

因此，需要编写一延迟子程序，在对EEPROM进行写操作时，调用该子程序，以完成正确的

读写。

1）用E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

在E命令改变内存单元的值并用D命令观察结果。

E 5000

屏幕将显示： 5000 内存单元原值：

按如下形式键入：

1. 原值：2424（按空格）原值：3636（按空格）原值：4848（按空格）原值： 5050

在命令行提示符状态下输入：

D 5000

屏幕将显示5000H—507FH内容单元的值，从5000开始的连续四个内存单元的值一次为 2424

3636 4848 5050.

断电后重新启动，用D命令观察看内存单元5000—5003的值，会发现这四个单元的值没

有发生改变，说明EEPROM的内容断电后可保存。

2）AT28C64B 存储器不能直接用A命令出入程序，单字节的指令可能会写进去，双字节指令

的低位会出错（建议试一试），可将编写好的程序用编程器写入片内；也可以将程序放到RAM

（6116）中，调用延时子程序，访问AT28C64B中的内存地址。

下面给出的程序，在5000H—500FH单元中依次写入数据000H、0001H、„00FH。

从2000H单元开始输入主程序：

从2000H单元开始输入主程序：

（2000）MVRD R0,0000

MVRD R2,0010 R2记录循环次数

MVRD R3 5000 R3的内容为16为内存地址

（2006）STRR 【R3】，R0 将R0寄存器的内容放到R3给出的内存单元中

CALA 2200 调用程序地址为2200的延时子程序

INC R0 R0加1

INC R3 R3加1

DEC R2 R2减1

JRNZ 2006 R2不为0跳转到2006H

RET

PUSH R3

MVRD R3, FFFF

(2203) DEC R3

JRNZ 2203

POP R3

RET

运行主程序，在命令提示符下输入： G 2000.

程序执行结束后，在命令提示符下输入： D 5000：

可看到从5000H开始的内存单元的值变为

5000： 0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007

5008： 0008 0009 000A 000B 000C 000D 000E 000F

六、思考题：

1）为何能用E命令直接写AT28C64B的存储单元，而A命令则有时不正确；

答：AT28C64B存储器不能直接用A命令输入程序，单字节的指令可能会写进去，双字节指

令的地位会出错。单元格格式应该与你要查找的单元格格式一致。

2）修改延时子程序，将其延时改短，可将延时子程序中R3的内容赋成00FF或0FFF等，在

看运行结果。

七、实验心得：

通过这次试验，加深了对存储器部件在计算机整体系统中作用的理解。通过实验，扩宽

了自己的对计算机更细一步的深刻理解。

_计算机_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：_ _______________________

实验目的：

十一、深入理解计算机控制器的功能、组成知识。

十二、深入的学习计算机各类典型指令的执行流程。

十三、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。

十四、学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术。

四、实验设备与器材：

TEC-XP教学计算机

三、实验说明和原理：

控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+教学机的组合逻辑控制器主要由MACH器件组成。

2.TEC-XP+教学机上已实现了29条基本指令。

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，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）、划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计节拍状态的值，应参照已实现指令的处理办法来完成，特别注意的是，读取指令的节拍只能用原来已实现的，其他节拍的节拍状态也应尽可能地与原用节拍的状态保持一致和相近。

（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）、在给出的mach的源文件中添加扩展指令的控制信号的逻辑表达式，编译适配后下载到MACH器件中。

（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，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、看懂TEC-XP+教学计算机功能组件和线路逻辑关系分析教学计算机已经设计好并正常运行的几条典型指令（ADD、SHR、OUT、MVRD、CALA、RET）的功能、格式、执行流程。

2、设计几条指令的功能、格式、执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。例如ADC、JRS、JRNS、LDRA等。

3、单条运行指令，查看指令的功能、格式、执行流程。

4、用监控程序的AE命令编写一段小程序，观察运行结果。

五、实验步骤：

用教学计算机以实现的基本指令很扩展指令写程序并运行，测试扩展的指令是否正确。

1.接通教学机电源。

2.将教学机左下方的6个拨动开关置为111100.

3.按一下“RESET”按键。

4.通过16位的数据开关SWH、SWL置入16位的指令操作码。

5.在单步方式下，通过指示灯观察各类型基本指令的节拍。

（1）选择基本指令的A组指令中的ADD指令，观察其节拍流程：

1）置拨动开关SW＝00000000 00000001；

2）按RESET按键；节拍指示灯T3 ~T0显示1000；

3）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；

4）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；

5）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0011；

（2）选择基本指令的B指令中的PUSH指令，观察其节拍流程：

1）置拨动开关SW＝10000101 00000000；

2）按RESET按键；节拍指示灯T3 ~T0显示1000；

3）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；

4）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；

5）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0110；

6）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0100；

（3）选择基本指令的D组指令中的CALA指令，观察其节拍流程：

1）置拨动开关SW＝11000110 00000000；

2）按RESET按键；节拍指示灯T3 ~T0显示1000；

3）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；

4）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；

5）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0110；

6）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0100；

7）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0111；

8） 按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0101；

6.单步方式下，通过指示灯观察各类基本指令的控制信号。

（1）选择指令的A组指令中的SHR指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。

（2）选择基本指令的B组指令中的JMPA指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。

（3）选择基本指令的D组指令中的CALA指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。

7.在以上几步实验的基础上，选择几条扩展指令，设计出扩展指令的节拍和每拍对应的控制信号。

单步方式下，通过指示灯观察各类扩展指令的节拍

（1）选择扩展指令的A组指令中的RCR指令，观察其节拍流程：

1）置拨动开关SW＝00101011 00010000；

2）按RESET按键；节拍指示灯T3 ~T0显示1000；

3）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；

4）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；

5）按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0011；

（2）选择扩展指令的C级指令中的LDRA指令，观察其流程：

1）置拨动开关SW＝11100100 00000000；

2按RESET按键；节拍指示灯T3 ~T0显示1000；

3)按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0000；

4)按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0010；

5)按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0110；

6)按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0111；

7)按START按键；节拍指示灯T3~T0显示0101；

8.设计几条扩展指令的控制信号如下：

（1） 选择扩展指令ADC、STC、JRS、LDRX和JMPR。

（2） 根据设计的控制信号的表格用ABEL语言编写MACH的逻辑表达式。

(3)将编好的程序MACHC.JED下载到MACH芯片内

1）编写ADC并测试运行：

1、编写并测试JMPR指令：

（3） 编写并测试JRS指令

（4） 编写并测试LDRX、STRX指令

1、测试LDRX指令

2、测试STRX指令

六、实验心得：

通过本次实验，看懂教学计算机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，深入理解计算机控制器的功能、组成。了解强大电脑的心的组成，工作方式和工

作状态及过程等，揭开计算机的神秘面纱，让我们不只是会用计算机。

_计算机_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：_ _______________________

2、实验目的：

五、全面掌握计算机各部件组成及相互联接关系

六、深入理解计算机微程序控制器的功能组成知识

七、深入的学习计算机各类典型的指令的执行流程

八、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

九、学习微程序控制器的设计过程和相关过程

3、实验设备与器材：

TEC-XP+教学计算机

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：

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 单条运行指令。查看指令的功能、格式和执行流程。

6. 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。

1）、选择基本指令的A组指令中的ADD指令，观察其流程

1）、置拨动开关SW＝00000000 00000001；

2）、按RESET按键，指示灯Microp亮，其它全灭。

3）、按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示1110 0000，微址和下址的指示灯全灭；

4）、按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示1110 0000——微址指示灯显示0000 0001，

下址的指示灯全灭。

5）、按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示1110 0000——微址指示灯显示0000 0010，

下址的指示灯全灭。

6）、以上三步为公共操作，其它指令同；

7）、按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示0010 0000——微址指示灯显示0000 0011，

下址的指示灯显示0000 0100。

８）、按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示0011 0000——微址指示灯显示0000 0100，

下址的指示灯显示为0011 0000。

9）、按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示0011 0000——微址指示灯显示0011 1010，

下址的指示灯显示0011 1010。

10）、按START按键；指示灯CI3~0、SCC3~0显示0011 0010——微址指示灯显示0011 1010，

下址的指示灯显示0000 0010。

(2)选择基本指令的B组指令中的MVRD指令，观察其节拍流程。

十、在连续方式下，用A命令键入程序并运行。

十一、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。

十二、在单步方式下，通过指示灯观察各类扩展指令的微码。

十三、用A、E键入程序连续运行（扩展指令用E命令键入）。

1） ADC指令的编写及测试

2、指令CALR的编写及测试

3、指令LDRA的编写及测试

四、思考题：

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：

本实验要求掌握计算机各部件组成及相互联接关系，有较深的认识，进一步理解计算机

微程序控制器的功能、组成知识，加深学习计算机各类典型指令的执行流程。复杂的计算机

组成不可能只通过这次简单的实验便一本万利，还需要以后更多更深入的了解和学习。

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实验题目：_ _______________________

实验目的：

6． 了解串行接口与计算机主机之间的数据传送方式。

7． 理解串行接口芯片的内部组成和传输数据的运行过程。

8． 了解串行接口再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,两台运行PCEC16的PC机

三、实验内容：

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COM2与另一台运行有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，在向COM2口发送些字符，也

可以从COM2口接收一些字符，或实现两个串口的通信。

四、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的插孔中的地

址为A0~AF的一个相连.

2、将一台教学机COM1口与一台PC机相连，在PC机上启动PCEC16.EXE。

3、将另一台教学机COM1口与另一台PC机相连，同样启动PCEC16.EXE。

4、用另一根串口线将将第一台的教学机的COM2口和另一台教学机的COM2口相连。

5、在两台PC机对应的PCEC上分别输入一下程序：

从2000H单元开始输入下面的程序

2000：MVRD R0，

004E

2002：OUT A1

2003：MVRD R0，0037 2005：OUT A1 2006：IN 81 2007：SHR R0 2008：SHR R0 2009：JRNC 200D 200A：IN 80 200B：OUT 80 200C：OUT A0 200D：IN A1 200E：SHR R0 200F：SHR R0 2010：JRNC 2006 2011：IN A0 2012：OUT 80 2013：JR 2006 2014：RET

测试结果如图所示：

五、实验心得：

通过本次实验了解串行接口与计算机主机之间的数据传送方式。平时常用的USB接口

觉得十分方便，但是没有正真深入了解过数据传输的实际细节和过程，通过实验，近距离

并亲自接触计算机接口，进行最原始的数据传送操作，虽然很简单简陋，但是收获众多，

很开心很满足。

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实验题目：_ _______________________

一、 实验目的：

(10)加深理解计算机系统中断的工作原理及处理过程。

(11)学习和掌握中断产生、响应、处理等技术。

(12)掌握终端服务子程序的编写要点，进行一次硬软件的综合调试。

二、 实验设备与器材：

TEC-XP教学实验计算机

三、实验说明和原理：

1、要求中断隐指令中执行关中断功能，如果用户中断服务程序允许被中断，必须 在中断程

序中执行EI开中断命令。

2、教学机的中断系统共支持三级中断，由三个无锁按键确定 从右到左依次为一、二、三级

中断，对应的P1、P0的编码分别是01、10、11，优先级也依次升高，这决定 了它们的中

断向量，为XXX4、XXX8、XXXC。可以看到，每级中断实际可用空间只有四个字节，故这个

空间一般只存放一条转移指令，而真正的用户中断服务程序则存放在转移指令所指向的地

址。

3、用户需扩展中断隐指令、开中断指令、产中断指令、中断返回指令及其节拍。

四、实验内容：

1、扩展中断隐指令，为中断隐指令分配节拍，中断隐指令用到12个节拍，为了和一般指令

相区别，应将其节拍T3设计为1.

2、扩展开中断指令EI、关中断指令DI、中断返回指令IRET。

3、确定中断向量地址。中断微量的高12位由开关确定为（[1**********]00）。三级中断对应

的中断微量为2404H、2408H、240CH

。当有中断请求且被响应后，将执行存放在该中断的中

断微量所指向的内存区的指令。

4、真写中断微量表。在上述2404H、2408H、240CH地址写入三条JR转移指令，JR指令的

OFFSSET是-128~127之间，但在PCEC16中输入时，用户不需要计算偏移量，直接输入要转

向的绝对地址即可。

5、编写中断服务程序。中断服务程序可以放在中断微量表之后，中断服务程序可以实现在

程序正常运行时在计算机屏幕上显示与优先级相对应的不同字符。

6、 写主程序。可编写一死循环，要求先开中断。

五、实验步骤：

4、填写中断向量表。

1）将数据开关的高12位设置成：[1**********]0

2）中断向量一共有16位，高12位有数据开关的SWH7-0以及SWL7-4决定；后四位为p1p0

00,p1p0有按键下的无锁按键决定，分别为01、10、11，所以中断向量的16位为2404、2408、

240C。

3）填写中断向量表。

从2404H单元开始输入下面的程序

（2404）JR 2420

（2408）JR 2430

（240C）JR 2440

5.编写中断程序：

用A、E命令从2420H单元开始输入下面和程序（标有*的语句表示要用E命令输入）

2420：PUSH R0

2421:PUSH R3

2422:MVRD R3,31

2424:JR 2450

2430:PUSH R0

2431:PUSH R3

2432:MVRD R3,32

2434:JR 2450

2440:PUSH R0

2441:PUSH R3

2442:MVRD R3,33

2444:JR 2450

*2450:EI

2451:MVRD R0,0042

2453:CALA 2200

2455:MVRD R0,0049

2457:CALA 2200

2459:MVRR R0,R3

245A:CALA 2200

245C:IN 81

245E:SHR R0

245F:JRNC 245C

2460:IN 80

2461:MVRD R00045

2463:CALA 2200

2465:MVRD R0,0049

2467:CALA 2200

2469:MVRR R0,R3

246A:CALA 2200

246C:POP R3

246D:POP R0

*246E:IRET

6.用A命令从2200H单元开始输入下面的子程序

2200：PUSH R0

2202:SHR R0

2203:JRNC 2201

2204:POP R0

2205:OUT 80

2206:RET

7.编写主程序

从地址2000H开始输入下列程序：

*2000:EI

2001:MVRE R0,0036

2003:CALA 2200

2005:MVRD R0,4000

2007:DEC R0

2008:JRNZ 2007

2009:JR 2001

200A:RET

8.运行主程序，等待、响应中断。

在命令行提示符状态下输入：

G 2000

屏幕将连续显示“6”。在程序执行过程中按下教学机右下方任意一个无锁按键。此时，教学

机转向执行本级中断服务程序，在屏幕上显示BI以及按下的键对应的中断优先级。在接收

键盘一个字符后，显示该字符并退出当前级的中断服务程序，恢复中断现场，接着执行断点

处的程序。若在接收字符之前，又有更高一级的中断请求，则教学机转向执行高一级的中断

服务程序，执行完后接着执行低级中断，然后 退出 执行主程序。需要注意的是若当前中断

为高级中断，则不会响应低级中断简单的中断服务程序。运行结果如下图：

六、实验心得

这次实验让我加深了对计算机系统中断的工作原理及处理过程的理解。了解计算机工作的过程，如何在高速运行的CPU里准确快速的处理各个任务和指令，通过指令的中断和优先级的高低之分，使计算机繁忙和巨多的任务下表现的出色，使其能够担负处理科学研究及日常生活的重大任务。

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实验题目：_ _______________________

一、实验目的：

1、进一步熟悉教学计算机的指令格式、指令编码、寻址方式和指令功能等内容。

2、进一步熟悉教学计算机的总体组成和各个部件的功能，理解控制器部件在计算机整机中

的关键作用；

3、进一步理解和指令执行步骤的划分方案；

4、进一步熟悉教学计算机的硬连线控制器各个控制命令的控制功能，学习用VHDL语言描述

节拍发生器和控制信号产生部件的功能。

5、进一步理解与熟悉在TH-union教学计算机控制器中处理原有指令和扩展指令的方案，提

高对控制器功能能描述的理解程序。

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、实验内容：

控制器实验可以在两个层次上进行：

第一个层次属于观察、验证性的实验，即通过多种方式，察看教学计算机指令的执行步骤、运行结果、各组控制信号在每一个执行步骤中的状态、指令之间的衔接等有关内容。这个层

次的实验，重点在于学懂教学计算机中已有的设计结果，把实现基本指令的VHDL语言程序

中的语句描述与教学机的运行结果对应清楚。

第二个层次是学生进行自己的设计与实现新的扩展指令的实验，即在教学机系统已有指

令的基础上，由学生自己添加若干条新的指令进行，包括定义指令格式、功能。划分指令执

行步骤和确定每一步的功能，确定每一执行步骤使用的全部控制信号的状态值，使用VHDL

语句把新的设计结果描述正确并添加到已有的源

程序代码中去，编译、下载并调试正确，

写一个包含已有指令和刚刚实现的指令的小程序，检查运行结果的正确性，若发现错误则找出原因并设法改正，直到全部正确为止。

四、实验步骤：

1. 按前述的步骤准备好实验机，连接好串口线和电源线，打开PCEC1.6EXE的仿真界面；将六个功能开关置为00X101；

2. 将TIMING GAL左方的波动开关置于“FPGA”端；

3. 确认标有“DataBus 15-8”和“DataBus 7-0”的数据总线的指示灯正文的插针断开；

4. 确认标有“AdressBus 15-8”和“AdressBus 7-0”的地址总线的指示灯下方的插针断开；

5. 将提供的带彩线的FPGA的下载线并口一端和计算机的并口连接，彩线一端按红色在左边的位置和大板上电源模块下方的一溶解度插针接好；

6. 打开实验机的电源；

7. 在PC机上打开ISE的软件；

8. 打开软件的下载界面，选择SERIAL方式，添加器件CPU.BIT，进行下载；

9. 下载完成关闭下载界面，启动PCEC界面，注意实验机不要断电。

10. 按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，主机上显示：

TEC-2000 CRT MONITOR

Version 1.0 April 2001

Computer Architectur Lab,Tsinghua University

Programmed by He Jia

>

11.在FPGA构成的CPU的控制下将汇编语言程序设计的内容重新作一遍。

测试结果如下图：

五、实验心得

通过本次实验进一步熟悉教学计算机的指令格式、指令编码、寻址方式和指令功能等内容，进一步熟悉教学计算机的总体组成和各部件的功能，理解控制器部件在计算机整机中的关键作用。综合性的操作实验，可以复习到以前的实验，体现其中的联系和进行综合实践，学以致用。本实验是这门课进行最后一次实验，受益匪浅。