### 计算机组成原理实验知识点解析
#### 实验一：Debug 和 CPU 寄存器基本结构
**实验目的：**
- 掌握常用汇编命令与 CPU 寄存器结构。
- 观察微机 X86 CPU 寄存器结构，了解各寄存器的名称和用途。
- 使用常用汇编命令进行操作并观察结果。
- 采用直接寻址和间接寻址方式执行 MOV 指令和 ADD 指令。
**实验仪器与材料：**
- **PC 机**：用于安装和运行 DOSBox 及 debug 工具。
- **DOSBox**：一种用于模拟 MS-DOS 环境的软件，使 64 位系统能够运行 debug 等旧版应用程序。
- **debug.exe**：DOS 环境下的调试工具，用于查看 CPU 寄存器、内存状态等。
**实验步骤与知识点：**
1. **下载并安装 DOSBox**：
- 地址：https://www.dosbox.com/
- 安装 DOSBox 以便于在现代操作系统上模拟 DOS 环境。
2. **准备 debug 应用程序**：
- 将 `debug.exe` 放置于指定目录，例如 “D:\Debug”。
- 在 DOSBox 中启动 debug 应用程序：`mount c d:\debug`、`c:`、`debug`
3. **修改 DOSBox 启动配置**（可选）：
- 通过修改配置文件让 DOSBox 自动启动 `debug.exe`。
4. **常用命令介绍**：
- **r 命令**：查看或修改 CPU 寄存器的内容。
- **d 命令**：查看内存中的内容。
- **e 命令**：修改内存中的内容。
- **u 命令**：将内存中的机器指令翻译成汇编指令。
- **t/p 命令**：执行一条机器指令，实现单步执行。
- **g 命令**：连续执行程序。
- **a 命令**：以汇编指令格式在内存中写入一条机器指令。
- **q 命令**：退出程序。
5. **寄存器简介**：
- **AX (Accumulator)**：累加寄存器，常用于算术逻辑运算。
- **BX (Base)**：基址寄存器，用于存储基地址。
- **CX (Count)**：计数寄存器，常用于循环计数。
- **DX (Data)**：数据寄存器，用于数据传递。
6. **汇编命令示例**：
- **MOV 指令**：移动指令，用于将数据从一个位置移到另一个位置。
- **直接寻址**：`MOV AX,[0200]`，从内存地址 0200 处读取数据到 AX 寄存器。
- **间接寻址**：`MOV BX,[0200]`，先将地址 0200 的内容加载到 BX 寄存器，再用 BX 作为地址加载数据。
- **ADD 指令**：加法指令，用于进行数值相加。
- **直接寻址**：`ADD AX,[0204]`，将 AX 寄存器与内存地址 0204 的内容相加。
- **间接寻址**：`ADD AX,[BX+4]`，将 AX 寄存器与 BX 加 4 后指向的地址中的内容相加。
7. **具体操作**：
- 修改内存内容：`E DS:0200 78 56 34 12`，设置地址 0200 开始的四个字节为 78 56 34 12。
- 执行汇编命令：使用 `MOV` 和 `ADD` 指令完成 12345678 与 FEDCBA98 的加法运算。
- 单步执行观察：使用 `t` 命令逐条执行指令，观察寄存器和内存的变化。
**实验总结**：
- 通过本实验，学习者可以深入了解 CPU 寄存器的作用和使用方法，以及如何利用 debug 工具进行简单的程序调试和分析。
- 实验还涉及了直接寻址和间接寻址两种不同的寻址方式，这对于理解程序如何访问内存非常重要。
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#### 实验二：脱机寄存器实验
**实验目的：**
- 熟悉寄存器堆 RF 的使用方法。
- 熟悉寄存器堆读、写方法。
- 熟悉寄存器堆的具体使用。
**实验仪器与材料：**
- **TEC-8 实验系统/模型机**：用于进行实验操作和观察寄存器变化的平台。
**实验内容及过程记录：**
1. **双端口寄存器堆**：
- 采用 **ALTERA 可编程器件 CPLD_EPM7064** 组成，具有两个独立的数据总线端口，分别用于读取和写入操作。
- 这种设计允许同时读取和写入操作，提高了处理速度。
2. **寄存器堆使用方法**：
- 寄存器堆是 CPU 中用于临时存储数据的重要组成部分。
- 通过控制信号选择要读取或写入的寄存器，并执行相应的操作。
- 在 TEC-8 实验系统中，可以通过面板上的按钮和指示灯观察寄存器堆的工作状态。
3. **读写方法**：
- 读取寄存器内容时，需要指定要读取的寄存器编号，并将读取的数据送入数据总线。
- 写入寄存器内容时，则需先将数据送入数据总线，然后指定要写入的寄存器编号。
4. **实验过程**：
- 根据实验指导书的要求，使用 TEC-8 实验系统进行寄存器读写操作的练习。
- 观察并记录寄存器状态的变化，加深对寄存器堆工作原理的理解。
**实验总结**：
- 通过实验二的学习，可以深入理解寄存器堆的功能和使用方法，这对理解和设计更复杂的处理器架构至关重要。
- 寄存器堆作为处理器的核心组件之一，在提高处理器性能方面发挥着重要作用。
- 实验过程中对寄存器堆读写操作的实际操作，有助于巩固理论知识，并培养实际操作能力。
