计算机组成原理1

实验一基础汇编语言程序设计一、实验目的：1、学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法。

2、学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统。

3、学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。

二、预习要求：1、学习TEC-XP16机监控命令的用法。

2、学习TEC-XP16机的指令系统、汇编程序设计及监控程序中子程序调用。

3、学习TEC-XP16机的使用，包括开关、指示灯、按键等。

4、了解实验内容、实验步骤和要求。

三、实验步骤：在教学计算机硬件系统上建立与调试汇编程序有几种操作办法。

第一种办法，是使用监控程序的A命令，逐行输入并直接汇编单条的汇编语句，之后使用G命令运行这个程序。

缺点是不支持汇编伪指令，修改已有程序源代码相对麻烦一些，适用于建立与运行短小的汇编程序。

第二种办法，是使用增强型的监控程序中的W命令建立完整的汇编程序，然后用M命令对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来用G命令运行这个程序。

适用于比较短小的程序。

此时可以支持汇编伪指令，修改已经在内存中的汇编程序源代码的操作更方便一些。

第三种办法，是使用交叉汇编程序ASEC，首先在PC机上，用PC机的编辑程序建立完整的汇编程序，然后用ASEC对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来把汇编操作产生的二进制的机器指令代码文件内容传送到教学机的内存中，就可以运行这个程序了。

适用于规模任意大小的程序。

在这里我们只采用第一种方法。

在TEC-XP16机终端上调试汇编程序要经过以下几步：1、使教学计算机处于正常运行状态（具体步骤见附录联机通讯指南）。

2、使用监控命令输入程序并调试。

⑴用监控命令A输入汇编程序>A 或>A 主存地址如：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 R1，55552004: ADD R0，R12005: AND R0，R12006: 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。

一、填空题1 字符信息是符号数据，属于处理（非数值 ）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（ASCLL ）码。

2 按IEEE754标准，一个32位浮点数由符号位S（1位）、阶码E（8位）、尾数M（23位）三个域组成。

其中阶码E的值等于指数的真值（ e ）加上一个固定的偏移值（ 127 ）。

3 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（ 空间 ）并行技术，后者采用（时间 ）并行技术。

4 虚拟存储器分为页式、（段 ）式、（ 段页 ）式三种。

5 安腾指令格式采用5个字段：除了操作码（OP）字段和推断字段外，还有3个7位的（ 地址码 ）字段，它们用于指定（ 寄存器 ）2个源操作数和1个目标操作数的地址。

6 CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为（指令周期 ），它常用若干个（ CPU周期 ）来表示。

7 安腾CPU中的主要寄存器除了128个通用寄存器、128个浮点寄存器、128个应用寄存器、1个指令指针寄存器（即程序计数器）外，还有64个（推断寄存器 ）和8个（ 分支寄存器）。

8 衡量总线性能的重要指标是（总线带宽 ），它定义为总线本身所能达到的最高传输速率，单位是（MB/s ）。

9 DMA控制器按其结构，分为（选择型 ）DMA控制器和（ 多路型 ）DMA控制器。

前者适用于高速设备，后者适用于慢速设备。

10 64位处理机的两种典型体系结构是（英特尔64体系结构）和（安腾体系结构 ）。

前者保持了与IA-32的完全兼容，后者则是一种全新的体系结构。

1 在计算机术语中，将ALU控制器和（ 内 ）存储器合在一起称为（主机 ）。

2 数的真值变成机器码可采用原码表示法，反码表示法，（ 补码 ）表示法，（ 移码 ）表示法。

3 广泛使用的（ SRAM ）和（ DRAM ）都是半导体随机读写存储器。

前者的速度比后者快，但集成度不如后者高。

4 反映主存速度指标的三个术语是存取时间、（存储器带宽 ）和（ 存储周期 ）。

第一章计算机系统概述1.电子（电子线路）数字（电子线路是数学式）通用（计算机本身功能多样）计算机系统。

2.计算机系统由计算机硬件（构成计算机的所有实体部件的组合）和计算机软件（一系列按照待定顺序组织的计算机数据和指令的集合）组成。

3.硬件指由中央处理器，存储器以及外围设备等组成的实际装置，硬件的作用是完成每条指令规定的功能。

指令是计算机运行的最小的功能单位，指令是指示计算机硬件执行某种运算，处理功能的命令。

4.软件是为了使用计算机而编写的各种系统的和用户的程序，程序由一个序列的计算机指令组成。

指令是用于设计的一种计算机语言。

5.计算机系统的层次结构：数字逻辑层，微体系结构层（这两层是硬件部分），指令系统层（处在硬件和软件系统），操作系统层，汇编语言层，高级语言层（这三层是软件部分）。

6.运算器（ALU，算术逻辑单元）（1）算术运算和逻辑运算（2）在计算机中参与运算的数是二进制的（3）运算器的长度一般是8，16，32或64位。

7.存储器（1）存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个触发器，组成一个存储单元。

（2）存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号称为地址。

（3）内存储器（ROM,RAM）8.信息单位（1）位（bit，简写b）数字计算机信息单位；包含1位二进制（0或1）（2）字节（Byte,简写B）由8位二进制信息组成（3）字（Word）计算机一次所能处理的二进制位数，至少一个字节，通常把组成一个字的二进制位数称为字长9.存储器的分类（1）按照在计算机中的作用（主存储器，寄存器，闪速存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器等）10.主存储器（主存）通常采用半导体存储器（1）随机存取存储器（RAM）CPU可读写，断电时内容被消除（2）只读存储器（ROM）CPU只能读写，断电后可保留其数据，存储在ROM中的软件常被称为固件。

11.寄存器（CPU内部的一组特殊存储单元）（1）读写速度比主存快的多，通常被用于使用最为频繁的数据项，以避免多次访问主存，减少主存访问可大大加快计算机速度。

微处理器与接口技术实验指导实验一监控程序与汇编语言程序设计实验一、实验要求1、实验之前认真预习，明确实验的目的和具体实验内容，设计好主要的待实验的程序，做好实验之前的必要准备。

2、想好实验的操作步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想一想怎么样有意识地提高教学实验的真正效果。

3、在教学实验过程中，要爱护教学实验设备，认真记录和仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识地提高自己创新思维能力。

4、实验之后认真写出实验报告，重点在于预习时准备的内容，实验数据，实验过程、遇到的现象和解决问题的办法，自己的收获体会，对改进教学实验安排的建议等。

善于总结和发现问题，写好实验报告是培养实际工作能力非常重要的一个环节，应给以足够的重视。

二、实验目的【1】学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法；【2】学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统；【3】学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。

三、实验注意事项（一）实验箱检查【1】连接电源线和通讯线前TEC-XP16实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能会对TEC-XP16实验系统上的芯片和PC机的串口造成损害。

【2】五位控制开关的功能示意图如下：【3】几种常用的工作方式【开关拨到上方表示为1，拨到下方为0】（二）软件操作注意事项【1】用户在选择串口时，选定的是PC机的串口1或串口2，而不是TEC-XP16实验系统上的串口。

即选定的是用户实验时通讯线接的PC机的端口；【2】如果在运行到第五步时没有出现应该出现的界面，用户需要检查是不是打开了两个软件界面，若是，关掉其中一个再试；【3】有时若TEC-XP16实验系统不通讯，也可以重新启动软件或是重新启动PC再试；【4】在打开该应用软件时，其它的同样会用到该串口的应用软件要先关掉。

（三）联机通讯失败自检如果上述的硬件和软件的操作都正确，联机却依旧失败，可以进行如下测试：【1】测试PC机的串口是否能正常工作，或是换一台PC或换同一台PC的另一个串口再试，在换串口时要将TEC-XP16实验系统断电，换完后重新启动实验系统和软件；【2】检查机器上的元器件插接是否正确(建议用户对照能够正常通讯的实验系统进行详细检查)，有没有被学生动过，尤其是扩展内存和扩展I/O接口时，芯片方向是否插对，片选信号有没有连接；【3】检查相应的短路子是否连接正确；【4】建议教师预留一台运行正常的TEC-XP16实验系统备用，机器出问题后可以对照检查。

11254计算机组成原理(一)计算机组成原理1. 什么是计算机组成原理•计算机组成原理是指计算机硬件和软件之间的协同工作原理。

•它涉及到计算机的各个组成部分，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。

2. 计算机的基本组成部分•中央处理器（CPU）：负责执行指令和处理数据。

•内存：存储程序和数据。

•输入输出设备：用于与计算机进行交互和数据的输入输出。

•总线：连接CPU、内存和输入输出设备，传输数据和控制信号。

3. 计算机的工作原理•指令周期：CPU执行一条指令所经过的所有阶段的时间。

•指令流水线：将多个指令在不同阶段同时执行，以提高CPU的效率。

•指令集体系结构：描述了计算机所能执行的指令集合和指令的格式。

•冯·诺依曼结构：将指令和数据存储在同一存储器中，并通过总线传输。

4. CPU的组成和工作原理•控制单元（CU）：从内存中取指令并解码，控制各个部件的工作。

•算术逻辑单元（ALU）：执行算术和逻辑运算。

•寄存器：用于存储指令和数据中间结果。

5. 存储器的层次结构•寄存器：位于CPU内部，速度最快但容量最小。

•高速缓存存储器（Cache）：位于CPU和主存储器之间，以提供更快的数据访问速度。

•主存储器（RAM）：存储程序和数据，速度较快但容量较小。

•辅助存储器（硬盘、光盘等）：容量较大但速度较慢。

6. 输入输出设备的工作原理•输入设备：将外部数据转换为计算机可识别的格式。

•输出设备：将计算机处理后的数据转换为人类可识别的格式。

7. 总线的作用和分类•总线的作用：传输数据和控制信号。

•地址总线（Address Bus）：传输内存地址。

•数据总线（Data Bus）：传输数据。

•控制总线（Control Bus）：传输控制信号。

8. 计算机系统的性能指标•主频和时钟周期：主频表示CPU的工作速度，时钟周期是主频的倒数。

•MIPS和FLOPS：MIPS表示每秒执行百万条指令数，FLOPS表示每秒执行的浮点运算次数。

习题一1.什么是程序存储工作方式？答：计算机的工作方式——存储程序工作方式。

即事先编写程序，再由计算机把这些信息存储起来，然后连续地、快速地执行程序，从而完成各种运算过程。

2.采用数字化方法表示信息有哪些优点？用数字化方法表示信息的优点：（1）抗干扰能力强, 可靠性高。

（2）依靠多位数字的组合，在表示数值时可获得很宽的表示范围以及很高的精度。

（3）数字化的信息可以存储、信息传送也比较容易实现。

（4）可表示的信息类型与范围及其广泛，几乎没有限制。

（5）能用逻辑代数等数字逻辑技术进行信息处理，这就形成了计算机硬件设计的基础。

3.如果有7×9点阵显示出字符A的图像，请用9个七位二进制代码表示A的点阵信息。

4.数字计算机的主要特点是什么？1.（1）能在程序控制下自动连续地工作；（2|）运算速度快；（3）运算精度高；（4）具有很强的信息存储能力；（5）通用性强，应用领域及其广泛。

5.衡量计算机性能的基本指标有哪些？答：衡量计算机性能的基本指标：（1）基本字长——参加一次运算的数的位数；（2）数据通路宽度——数据总线一次能并行传送的位数；（3）运算速度——可用①CPU的时钟频率与主频，②每秒平均执行指令数，③典型四则运算的时间来表示。

（4）主存储器容量——可用字节数或单元数（字数）×位数来表示。

（5）外存容量——常用字节数表示。

（6）配备的外围设备及其性能。

（7）系统软件配置。

7.系统软件一般包括哪些部分？列举你所熟悉的三种系统软件。

系统软件一般包括操作系统，编译程序、解释程序、各种软件平台等。

例如WINDOWS98操作系统，C语言编译程序等，数据库管理系统。

8.对源程序的处理有哪两种基本方式？对源程序的处理通常有两种处理方式：解释方式和编译方式。

习题二1.将二进制数(101010.01)2转换为十进制数及BCD码。

解：(101010.01)2 = (42.25)10 = (01000010.00100101)BCD2.将八近制数(37.2)8转换为十进制数及BCD码.解:(37.2)8 = (31.25)10 =(011001.010101)BCD3.将十六进制熟(AC.E)转换为十进制数及BCD码.解: (AC.E)16 =(174.875)10 = (000101110100.100001110101)BCD4.将十进制数(75.34)10转换为8位二进制数及八进制数、十六进制数。

单元1 计算机组成原理学习目标（1）了解计算机硬件的组成及其功能；计算机的分类；微处理器（2）了解CPU的结构；指令与指令系统；指令的执行过程；CPU的性能指标（3）了解PC机的主板、芯片组与BIOS；Cache存储器与主存储器（4）了解PC机I／0操作的原理；I／O总线与I／O接口（5）了解常用输入设备、输出设备、外存储器的功能、分类、性能指标及基本工作原理学习知识1、计算机硬件的组成及其功能计算机系统由硬件和软件两部分组成。

计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接。

（1）输入设备①输入设备的概念向计算机输入数据和信息的设备统称为“输入设备”。

②输入设备的分类输入设备有多种。

例如数字和文字输入设备（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪、数码相机等），声音输入设备（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备（温度、压力传感器）等。

（2）中央处理器能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件被称为处理器。

现代计算机中一般包含有多个(微)处理器，它们各有不同的分工和任务,用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件。

过去，个人计算机通常只有1个CPU；现在，大部分PC机虽然仍只有1个CPU芯片，但其内部却包含有2个、4个或6个CPU(内核)，目的是提高系统性能。

（3）内存储器①内存储器的概念内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。

计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。

②内存储器的工作原理内存的作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。

只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU 再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。

计算机组成原理第一章计算机组成原理第一章主要涉及计算机发展的历史背景及计算机的基本概念。

在计算机产生之前，人们使用机械计算器进行数学计算，并且需要手动操作进行算术运算。

而计算机的诞生改变了这种情况，计算机可以自动执行计算任务，大大提高了计算速度和精确度。

计算机系统由硬件和软件两部分组成。

硬件包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等。

而软件则是安装在计算机硬件上的程序和数据。

计算机通过执行软件中的指令来完成各种任务。

计算机的基本运算包括加法、减法、乘法和除法。

在计算机中，数值以二进制形式表示，并且利用电子开关来表示0和1。

这种二进制形式的计算和存储使得计算机系统更加高效和可靠。

在计算机系统中，信息的传输是通过电路连接实现的。

信息可以通过数据总线、控制总线和地址总线进行传输。

数据总线负责传输数据，控制总线负责控制和协调计算机内部各个部件的工作，地址总线用于指定存储器或者设备的地址。

计算机也需要进行数据的存储和检索。

内存是计算机存储数据和程序的地方，它被划分为多个存储单元，每个存储单元可以存储一个数据或者指令。

计算机还需要外部存储器来存储大量的数据，例如硬盘和光盘等。

计算机的指令集架构是计算机体系结构的重要组成部分。

指令集架构定义了计算机系统中处理器的指令和寄存器，以及指令的执行方式。

目前常用的指令集架构包括x86、ARM和MIPS 等。

计算机的工作方式可以分为单指令周期工作方式和多指令周期工作方式。

单指令周期工作方式意味着计算机每个指令在一个时钟周期内完成执行。

而多指令周期工作方式则允许计算机在一个时钟周期内执行多个指令。

总之，计算机组成原理第一章主要介绍了计算机的基本概念和发展历史，以及计算机系统的组成和工作方式。

了解这些基本知识对于理解计算机的工作原理和设计原则非常重要。

实验一．脱机运算器部件实验一、教学计算机的通电启动和关闭操作1.教学计算机系统通电启动的操作步骤：(1) 准备一台串行接口运行正常的PC机；(2) 将TH-union计原16放在实验台上，打开实验箱的盖子，确定电源处于断开状态；(3) 将黑色的电源线一端接220V交流电源，另一端插在计原16实验箱的电源插座；(4) 取出通讯线，将通讯线的9芯插头接在计原16实验箱后板上左侧位置的串口插座，另一端接到PC机的串口上；(5) 将计原16实验系统左下方的五个黑色的功能控制开关置于00010的位置（连续、内存读指令、微程序、联机、16位），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”；(6) 接通电源，船形开关和5V电源指示灯亮。

(7) 在PC机上运行PCEC16.EXE文件，根据使用的PC机的串口情况选“1”或“2”，其它的设置一般不用改动,直接回车即可。

(具体步骤附后)(8) 按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，PC机屏幕上显示：TH-union CRT MONITORVersion 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.， Tsinghua UniversityProgrammed by He Jia>这个版权信息显示出来之后，表示教学机已经进入正常运行状态，等待输入监控命令。

实验注意事项：1.连接电源线和通讯线前TH-union计原16实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能损坏教学计算机系统的或PC机的串行接口电路；2.五个黑色控制开关的功能示意图如下：开关位置，自左向右共5个，分别控制1 2 3 4 5向上拨：单步手工拨指令组合逻辑运算器联机 8位向上拨：连续读内存指令微程序运算器脱机 16位几种常用的工作方式，（开关向上拨表示为1，向下拨表示0）工作方式功能开关状态连续运行程序、硬连线控制器、联机、16位机 00110连续运行程序、微程序控制器、联机、16位机 00010单步、手拨指令、硬连线控制器、联机、16位机 11110单步、手拨指令、微程序控制器、联机、16位机 11010单步、脱机运算器实验、16位机 100002.关闭教学计算机系统在需要关闭教学计算机系统时，应首先通过安装在机箱右侧板上的开关关闭交流电源，教学机上的全部指示灯都会熄灭。