《计算机组成原理实验指导书》

计算机组成原理（第四版·立体化教材）实验指导书（第二版）宁波工程学院电子与信息工程学院二零零九年八月制订《计算机组成原理》实验指导书第2页共43页第1章教学实验系统认识一．系统功能及特点计算机组成原理与系统结构教学实验系统是西安唐都科教仪器公司推出的一套高效的、开放性的教学实验系统，该系统可以通过对多种原理性计算机的设计、实现和调试来高效率地支持“计算机组成原理”和“计算机系统结构”等课程的开放式实验教学，为高校各个教学层次的计算机原理教学提供了完善的解决方案。系统有如下功能特点：1．结构清晰的单元式实验电路，可构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机系统采用部件单元式结构，包括运算器及数据通路、存储器、控制器、信号及时序控制、内总线、外总线、外围接口及输入输出设备、大规模可编程逻辑器件等计算机部件的单元电路，用户可使用排线连接方式或计算机电子自动逻辑设计方式，根据自己所设计的模型计算机结构方案，来构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机，使学生能够对计算机组成结构有清楚的认识和理解。２．对实验设计具有完全的开放性，增强学生综合设计能力系统所具有的软硬件结构对用户的实验设计具有完全的开放性，其数据线、地址线、控制线都由用户来操作连接，系统中的运算器结构、控制器结构及微程序指令的格式及定义均可由用户根据教学需要来做灵活改变或重新设计。这对于用户自行设计各种结构及不同复杂程度的模型计算机提供了强大的软硬件操作平台，从而避免了单纯验证性的实验模式，极大提高了学生计算机系统的综合设计能力。3．通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件相结合，可面向不同层次的学生系统采用通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件并用的方式，既能给熟练掌握复杂逻辑系统设计的学生提供高档的实验平台，又能对不熟悉这些内容的学生提供易操作的实验平台。符合循序渐进、先基础后提高的教学原则。4．具有实时调试功能的图形方式操作界面，也可用于多媒体辅助教学系统具有与PC微机联机实时调试的功能，提供了图形方式的调试界面，在调试过程中可动态实时显示模型计算机各部件之间的数据传送以及各部件和总线上的所有信息。这种图形调试界面也可用于多媒体辅助教学，从而获得极佳的教学效果。5．多种输入输出方式及逻辑信号测量功能，实验操作及观察更容易系统提供多种输入输出方式。通过RS-232串口与PC微机联机，可在PC机上进行编程并向系统装载实验程序，在图形界面下进行动态调试及运行。另外还具有两路逻辑信号测量平台，可在PC机上看到信号测量波形；如单独使用本系统，则可通过开关及LED以二进制码形式进行编程、显示及调试运行。6．实验电路的实时在线检测功能，便于检查接线错误系统具有实验电路检测功能，通过人机交互方式可实时在线检测各实验单元电路的好坏以及模型机实验线路连接是否正确。二．系统与PC联机说明《计算机组成原理》实验指导书第3页共43页实验系统安装有一个标准的ＤB型９针RS-232C串口插座，使用配套的串行通讯电缆分别插在实验系统及PC微机的串口，即可实现系统与PC的联机操作。系统配套的集成操作软件具有专为联机操而开发的图形方式操作界面，其操作简便、直观且具有动态调试功能，可以完全根据实验系统的数据通路图来实时、动态的显示用户设计的实验数据流的流向、数据值、控制线和各单元的内容。本系统软件是通过PC机串行口向实验系统上的单片机控制单元发送指令，由实验系统的单片机直接对程序存储器、微程序控制器进行读写，控制单拍或单步微程序、单步机器指令和程序连续运行等操作，实时监测各数据流和控制流的情况，从而实现实时动态图形方式下的系统跟踪调式和运行。系统通讯电缆连接方式如图1.3-1：图1.3-1PC机和实验系统用串行口连接方式三．软件的安装与卸载软件运行环境操作系统：中英文Windows95/98/2000/NT/ME最低配置：CPU：奔腾133Mhz内存：16MB显示卡：标准VGA，256色显示模式以上硬盘：15MB以上驱动器：2X倍速CD-ROM以上其它设备：鼠标器建议配置：CPU：奔腾166或更高内存：16MB以上显示卡：SVGA，16K色以上显示模式，分辨率800×600。其它设备同“最低配置”安装软件安装操作如下：《计算机组成原理》实验指导书第4页共43页可以通过“资源管理器”，找到光盘驱动器本软件安装目录下的Setup.EXE，双击执行它，按屏幕提示进行安装操作。“TDN-CM++1.03(W)”安装成功后，在“开始”的“程序”里将出现“CMPP”程序组，点击“CMPP”即可执行程序。启动软件软件的启动方式有三种:用户可以在【开始】/【程序】菜单中单击“CMPP”的程序组启动。用户也可以在【开始】/【程序】/【启动】菜单中启动“CMPP”。用户在安装“TDN-CM++1.03(W)”以后桌面上自动出现“CMPP”快捷键，用户直接在桌面上双击快捷键就可以启动该程序组。卸载软件联机软件提供了自卸载功能，使您可以方便地删除“TDN-CM++1.03(W)”的所有文件、程序组或快捷方式。单击【开始】/【程序】打开“CMPP”的程序组，然后运行“卸载”项，就可执行卸载功能，按照屏幕提示操作即可以安全、快速地删除“TDN-CM++1.03(W)”。四．功能介绍（一）界面窗口介绍主界面主要分为三部分：指令区、输出区和图形区，下面分别加以介绍。指令区：分为两部分，即机器指令区和微指令区，在指令区的下方有两个Tab按钮，您可以通过按钮在两者之间来回切换。机器指令区：分为两列，第一列为下位机主存地址（00—FF，共256个单元），第二列为每一地址中所对应的数值。如果串口通讯正常且系统不忙（即串口没有被占用），您可以直接修改指定单元的内容，方法是用鼠标单击要修改单元的数据，此单元格会变成一个编辑框，等待您输入，该编辑框只接收两位合法的16进制数（请注意：非16进制数不认），如果输入正确，您可以按回车键确认，或用鼠标点击别的区域，这样就完成了修改工作。如果想要结束修改，您可以按下ESC键，编辑框就会自动消失,恢复显示原来的值。一旦编辑框出现，您可以通过上下键让编辑框上下移动，从而选中需要修改的地址单元。如果输入不正确，如输入少于2个字符，则不进行修改。《计算机组成原理》实验指导书第5页共43页微指令区：分为两列，第一列为下位机微控器地址（00—3F，共64个单元），第二列为每一地址中所对应的微指令，共6字节，对应微控器的微指令24位。如果串口通讯正常且系统不忙（即串口没有被占用），您可以直接修改指定单元的内容，方法是用鼠标单击要修改单元的数据，此单元格会变成一个编辑框，等待您输入，该编辑框只接收6位合法的16进制数（请注意：非16进制数不认），如果输入正确，您可以按回车键确认，或用鼠标点击别的区域，这样就完成了修改工作。如果想要结束修改，您可以按下ESC键，编辑框就会自动消失。一旦编辑框出现，您可以通过上下键让编辑框上下移动，从而选中需要修改的地址单元。如果输入不正确，如输入少于6个字符，则不进行修改。输出区：分为三页：输出页、测试页和结果页。输出页：在打开复杂模型机数据通路图或重叠模型机数据通路图，并运行程序时用来显示下条将要执行的24位微码及其微地址，这是和下位机一起实时变动的。测试页：在您进行复杂模型机系统测试时为您提供信息。显示当前下位机正在测试的单元及测试结果。结果页：基本上是一个公共区域，用来显示一些提示信息或一些错误信息，如RISC模型机中，如果上位机检测到下位机运行有误，就会在这一区域加以显示，为您提供信息。保存或装载程序时也会在这一区域为您提供一些提示信息。图形区：这一区域是您操作的主要区域，您可以在此区域编辑相应的指令，可以显示各个模型机的数据通路图，可以打开示波器界面等。（二）功能菜单介绍1．文件菜单项：文件菜单提供了以下命令：新建建立一个新文档。打开打开一个现存文档。关闭关闭一个打开的文档。保存用同样的文件名保存一个打开的文档。另存为用指定的文件名保存一个打开的文档。打印打印一个文档。《计算机组成原理》实验指导书第6页共43页打印预览在屏幕上按被打印出的格式显示文档。打印设置选择一个打印机以及打印机连接。退出退出CMPP。①．新建（N）：用此命令在CMPP中建立一个新文档。在文件新建对话框中选择您所要建立的新文件的类型。②．打开（O）用此命令在一个新的窗口中打开一个现存的文档。您可同时打开多个文档。您可用窗口菜单在多个打开的文档中切换。③．关闭（C）用此命令来关闭包含活动文档的所有窗口。CMPP会建议您在关闭文档之前保存对您的文档所做的改动。如果您没有保存而关闭了一个文档，您将会失去自从您最后一次保存以来所做的所有改动。在关闭一无标题的文档之前，CMPP会显示另存为对话框，建议您命名和保存文档。④．保存（S）用此命令将活动文档保存到它的当前的文件名和目录下。当您第一次保存文档时，CMPP显示另存为对话框以便您命名您的文档。如果在保存之前，您想改变当前文档的文件名和目录，您可选用另存为命令。⑤．另存为（A）…用此命令来保存并命名活动文档。CMPP会显示另存为对话框以便您命名您的文档。⑥．打印（P）…用此命令来打印一个文档。在此命令提供的打印对话框中，您可以指明要打印的页数范围、副本数、目标打印机，以及其它打印机设置选项。⑦．打印预览（V）用此命令按要打印的格式显示活动文档。当您选择此命令时，主窗口就会被一个打印预览窗口所取代。这个窗口可以按它们被打印时的格式显示一页或两页。打印预览工具栏提供选项使您可选择一次查看一页或两页，在文档中前后移动，放大和缩小页面，以及开始一个打印《计算机组成原理》实验指导书第7页共43页作业。⑧．打印设置（R）…用此命令来选择一台打印机和一个打印机连接。在此命令提供的打印设置对话框中，您可以指定打印机及其连接。⑨．最近使用文件您可以通过此列表，直接打开最近打开过的文件，共四个。⑩．退出（X）用此命令来结束您CMPP的运行阶段。您也可使用在应用程序控制菜单上的关闭命令。2．辑菜单项：编辑菜单提供了以下命令：撤消撤消先前的编辑操作。剪切从文档中删除数据并将其移到剪贴板上。复制从文档中将数据复制到剪贴板上。粘贴从剪贴板上将数据粘贴到文档中。①．撤消（U）如果可能的话，可用此命令来撤消上一步编辑操作。该命令名会根据您所执行的上一步操作而变化。如果您无法撤消上一步操作，菜单上的撤消命令会变成‘无法撤消’。②．剪切（T）用此命令将当前被选取的数据从文档中删除并放置于剪贴板上。如当前没有数据被选取时，此命令则不可用。③．复制（C）用此命令将被选取的数据复制到剪切板上。如当前无数据被选取时，此命令则不可用。④．粘贴（P）用此命令将剪贴板上内容的一个副本插入到插入点处。如剪贴板是空的，此命令则不可用。3．查看菜单项：查看菜单提供了以下命令：工具栏显示或隐藏工具栏。状态栏显示或隐藏状态栏。①．工具栏（T）a．标准工具栏（T）用此命令可显示和隐藏标准工具栏。标准工具栏包括了CMPP中一些最普通命令的按钮，《计算机组成原理》实验指导书第8页共43页如文件打开。在工具栏被显示时，一个打勾记号出现在该菜单项目的旁边。b．指令区（W）用此命令可显示和隐藏指令区。c．输出区（O）用此命令可显示和隐藏输出区。d．自定义（C）见自定义项。②．状态栏（S）此命令可用来显示和隐藏状态栏。状态栏描述了被选取的菜单项目或被按下的工具栏按钮，以及键盘的锁定状态将要执行的操作。当状态栏被显示时，在菜单项目的旁边会出现一个打勾记号。4．端口菜单项：端口菜单提供了以下命令：端口1选择1号串口进行联机。端口2选择2号串口进行联机。端口测试对当前选择的串口进行联机测试。①．端口1（1）此命令用来选择串口1进行联机通讯，该命令会对串口1进行初始化操作，并进行联机测试，报告测试结果，如果联机成功，则会将指令区初始化。②．端口2（2）此命令用来选择串口2进行联机通讯，该命令会对串口2进行初始化操作，并进行联机测试，报告测试结果，如果联机成功，则会将指令区初始化。③．端口测试此命令用来对当前选择的串口进行联机通讯测试，并报告测试结果，