2012计算机组成原理实验指导书

计算机组成原理 实验指导书

安阳工学院

目录

第一章 TEC-XP计算机组成原理实验系统概述------------1

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

TEC-XP教学计算机系统系列和总体组成概述-----------------------------------1 TEC-XP教学计算机的指令系统设计-----------------------------------------------2 TEC-XP教学计算机的结构和组成设计--------------------------------------------3 基本实验项目设置----------------------------------------------------------------------3 其他实验项目----------------------------------------------------------------------------5

第二章 实验指导------------------------------------------------------------7

2.1 基础汇编语言程序设计----------------------------------------------------------------7 2.2 脱机运算器实验------------------------------------------------------------------------16 2.3 组合逻辑控制器部件教学实验------------------------------------------------------18 2.4 存储器部件教学实验------------------------------------------------------------------27 2.5 I/O口扩展实验-------------------------------------------------------------------------31 2.6 中断实验---------------------------------------------------------------------------------34 2.7 微程序控制器部件教学实验---------------------------------------------------------40 2.7.1 技术资料汇总------------------------------------------------------------------40 2.7.2 微程序控制器实验------------------------------------------------------------47 2.8 BASIC语言程序设计-------------------------------------------------------------------59 2.9 FPGA芯片实现非流水线的CPU系统---------------------------------------------63

I

第一章 TEC-XP计算机组成原理实验系统概述

1.1 TEC-XP教学计算机系统系列和总体组成概述

TEC-XP是适用于计算机组成原理与系统结构的实验系统，主要用于计算机组成原理和计算机系统结构等课程的硬件教学实验，同时还支持监控程序、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。它的功能设计和实现技术，都紧紧地围绕着对课程教学内容的覆盖程度和所能完成的教学实验项目的质量与水平来进行安排。其突出特点有二，一是硬、软件基本配置比较完整，能覆盖相关课程主要教学内容，支持的教学实验项目多且水平高，文字与图纸资料相对齐全。二是既有用不同集成度的半导体器件实现的真实“硬件”计算机系统，同时还有在PC计算机上用软件实现的功能完全相同的教学计算机的“软件”模拟系统，其组成和实现的功能如下图1.1和图1.2所示。

软件：解释 BASIC 语言 汇编语言支持 监控程序 硬件：运算器，控制器（多种实现： （微程序或硬布线控制器， 中小规模器件或FPGA器件实现） 主存储器，总线，接口 输入设备，输出设备 硬件与电路：逻辑器件和设备

图1.1 硬件实现的实际计算机系统 图1.2 软件实现的模拟计算机系统

从图1.1可以看到，该计算机硬件系统组成中，功能部件是完整齐备的，运算器、控制器、存储器、计算机总线、输入输出接口等配备齐全，还可以接通PC机仿真终端执行输入输出操作，同时实现了微程序方案的和硬布线方案的2种控制器。从CPU的具体设计和实现技术区分，既支持用中小集成度芯片实现CPU的方案，也支持选用高集成度的FPGA门阵列器件实现CPU的方案，体现了CPU系统设计的最新水平。

从计算机组成原理课程教学实验的角度看，该计算机软件系统组成也是完整的，支持简单的高级语言BASIC（包括浮点运算指令和基本函数运算功能），汇编语言（支持基本伪指令功能）和二进制的机器语言，配有自己的监控程序，以及PC机仿真终端程序等。毫无疑问，全部软件的源程序代码是宝贵的教学参考资料。

从图1.2可以看到，软件实现的计算机指令级模拟系统，可以使实验人员脱离实际的教学计算机系统，在PC机上执行教学计算机软件系统的全部功能；微程序和硬连线这一级别的模拟软件，可以通过PC机屏幕查看在教学计算机内部数据、指令的流动过程，并显示每一步的运行结果，为设计、调试教学机新的软件或硬件功能提供重要的辅助作用。

该系统还有控制器（微程序或硬连线方案）辅助设计软件，同学可以在PC机上使用该软件直接设计该计算机的控制器，包括定义指令格式和编码，划分指令执行步骤和每一步的操作功能，确

软件：解释 BASIC 语言 汇编语言支持 监控程序（指令）级模拟 教学机模拟：运算器、控制器模拟 (微程序级或硬布线控制器级模拟) 主存储器模拟，总线、接口模拟 输入设备/ 输出设备模拟 运行环境：PC机，Windows系统 1

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