tec200016位机微程序控制器指令系统的设计与实现
TEC-2000G教学计算机系统技术说明_16位机软件系统
第四章TEC-2000G教学机16位机软件系统4.1仿真终端程序PCECPCEC是用IBM-PC机的汇编语言编制而成的, 它可把IBM-PC作为教学机的终端完成数据的输入及显示，更重要的是它能实现PC机与教学机之间的文件传送，支持交叉汇编程序的使用。
而且，PCEC 还具有拷贝屏幕功能。
1．PCEC的运行过程在IBM-PC机上打入程序名 PCEC16并回车，接下来按程序的提示分别选择连接教学机的PC机的串行接口号(1或2)和通讯参数。
程序中默认的通讯参数为: 波特率9600, 8位字长, 无奇偶校验和1位停止位，没有特殊要求时一般不需修改这些参数。
IBM-PC机作为教学机的终端, 可以执行教学机监控程序的各种命令。
2． 文件传送过程PC机作为教学机的控制台之后, 按F10键, 显示菜单：0--Return to CRT Monitor1--Send a file to TEC2--Receive a file from TEC3--Return to IBM-PC MSDOS选择0 不执行任何操作，直接返回教学机的监控状态；选择3 退出通讯程序，返回IBM-PC的操作系统；选择1 将执行往教学机发送文件，即把指定的文件从磁盘中取出，通过串行口传送给教学机并存储于该机的主存中。
要求：被发送的文件一定是经交叉汇编程序ASEC16汇编后生成的 .COD文件，该文件包含有由ORG定义的程序或数据的首地址，传送时就以此地址作为目标地址；目标地址指向的主存应为RAM区。
选择2 将执行从教学机接收文件，并作为文件存于PC的磁盘中。
选择2之后，首先打入IBM-PC 中将用的文件名，就可以把教学机主存中某一区域中的数据传送给PC机。
要求：在执行文件传送之前，必须先用监控命令E在教学机主存2380H单元输入被传数据在教学机内存区的起始地址，在2381H 单元输入被传数据字节长度。
3．PCEC的拷贝屏幕功能按SHIFT/F10之后，屏幕上显示的所有信息均存储于SCR.TMP文件中，直到再次按SHIFT/F10或退出PCEC。
基于TEC-2000教学机的指令扩展研究
２ ０ ：Ｔ Ｒ ［ ３，８ ０６ＳＲ Ｒ １ Ｒ
内存 单 元 中 ２ ０ ：Ｗ Ｒ ７ ［ ３ ０７Ｓ Ｍ Ｒ ， 】 Ｒ 与寄存器 Ｒ ７的 内 容 交 换
２ ０８： ＶＲＤ ， ０１ ０ Ｍ Ｒ６０ｌ
Ｒ６
：
：
将 Ｒ ８的 内 容 送 入 Ｒ ３所 指 的
令 通 过 阅 读 理 解 系 统 监 控 程 序 源 代 码 ， 解 其 流 程 ， 了
然后 加 入 相 应 的代 码 ． 现 相 应 汇 编 指 令 ． 过 交 叉 汇 实 通
将 Ｒ ３所 指 的 内存 单 元 的 内 容
编程序 Ａ Ｅ Ｓ Ｃ对 修 改 过 的 监 控 程 序 进 行 汇 编 ．生 成 新
Ｏ ｌ Ｏｌ
０ ０ ０１
Ｏ ０ ００
１０ ００
００ ００
蛐
一翱穗伽 ６
＿０
蛳嘿舶
指令 、摊作碣
Ｎ Ｏ ｌ Ｓｔ Ｘ Ｉ Ｄｔ ｉ 。 ０１ ００ ０ ００１
指 令 Ｎ Ｏ ＲＳ 的 微 程 序 由 一 条 微 指 令 组 成 ． Ｘ Ｒ Ｄ ． Ｒ
实现 的功能是／Ｄ ＯＳ 一Ｄ 属于 Ａ组指令 。 （ Ｒ Ｒ） Ｒ，
指 令 Ｓ Ｍ Ｒ［Ｒ ＷＲ Ｄ ， １的 微 程 序 由 四 条 微 指 令 组 Ｓ 成 ， 于 Ｄ组 指 令 实 现 的 功能 是 ： 属
①Ｄ —Ｑ Ｒ ②ｓ —Ａ ③ＭＥ — Ｄ ④Ｑ Ｒ Ｒ Ｍ Ｒ —ＭＥ Ｍ
要 写 入 ７ 片 控 制 器 存 储 器 芯 片 ＭＰ ＯＭ１ Ｒ ＭＰ ＯＭ７的 内容 如 表 １所 示 Ｒ
将 扩 展 的指 令 用 于 程 序 中进 行 验 证 输 入 以下 汇
TEC-2000教学计算机系统技术说明_16位机实验指导
运行过程中，可以直接看到屏幕上显示的内容，运行过后, 再用 D 20F0 命令看内存的 20F0 区 域中保存的运行结果:
0061 0062 0063 0064 0065 0066
上述 5 个例子, 都是用监控程序的 A 命令完成输入源汇编程序的。在涉及到汇编语句标号的地 方, 不能用符号表示, 只能在指令中使用绝对地址。使用内存中的数据, 也由程序员给出数据在内 存中的绝对地址。显而易见, 对这样的极短小程序矛盾并不突出, 但很容易想到，对很大的程序, 一 定会有较大的困难。
SHR R0
JRNC 2044
； 没有输入则循环测试
IN 80
； 输入字符到 R0
MVRD R1, 00FF
AND R0, R1
；清零 R0 的高位字节内容
CMP R0, R2
； 判输入字符≥字符'0'否
JRNC 2053
； 为否, 则转到程序结束处
CMP R0, R3
； 判输入字符≤字符'9'否
JRC 2053
A 2100 (2100)OUT
MVRD ADD STRR (2105)IN SHR JRNC RET
80 R1，0020 R0，R1 [R2],R0 81 R0 2105
; 输入用到的子程序到内存 2100 开始的存储区 ；输出保存在 R0 寄存器中的字符
；将保存在 R0 中的大写字母转换为小写字母 ；写 R0 中的字符到内存，地址同 LOD 所用的地址 ；测试串行接口是否完成输出过程
选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
TEC-2000实验说明
实验说明一．TEC-2000教学机使用手册1. TEC-2000教学机介绍2. TEC-2000教学机和PC机的互联教学机和PC机通过RS-232串行口通信教学机使用其固化在ROM上的监控程序监控与PC机的通信PC机通过运行仿真终端程序PCEC与教学机进行通信。
即PC使用PCEC程序通过串行口与教学机的监控程序通信.使用PCEC主要可完成以下功能:1) 通过PC机向教学机加载程序2) 向监制程序发送调试命令，使之控制程序在教学机中的运行，可令程序单步运行、连续运行等，控制方法参见监控程序一节。
二．仿真终端程序PCEC由于教学计算机只配有开关、按钮、指示灯形式的输入输出设备，而没有标准的输入输出设备，所以就需要利用PC机的键盘和显示器进行程序和命令的输入和显示，解决的方法就是采用PCEC这样一个程序来控制PC 机与教学机之间的信息传送，所以PCEC被称为联机通讯程序。
1. PCEC的运行过程(1)进入微型机C 盘上的a文件夹；(2)双击PCEC16图标，出现如图所示的界面：(3)以上内容表明系统默认选择串口1（com1），可根据实际连接情况选择串口1或是串口2，按回车后出现如图界面：(4)上图中是系统设定的一些有关串口传输参数，没有特殊要求时一般不需修改这些参数，建议用户不要改动，直接回车，然后按一下教学计算机的“RESET”按钮，再按一下“ST ART”按钮，出现大于号（> ）提示符，界面如下图所示：此时表明TEC-2000教学计算机与PC机联机通讯正常。
系统处于命令行状态，即可通过发出计算机提供的监控命令执行相应的操作。
2. 监控命令(1) 单条汇编命令A用A 命令键入一段汇编源程序。
在命令行提示符状态下输入：A 2000↙；表示该程序从2000H地址开始，屏幕将显示：2000：输入如下形式的程序：2000: MVRD R0，0036 ↙2002: OUT 80↙2003: RET ↙；程序的最后以RET指令结束2004: ↙（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。
TEC-2000G实验箱介绍
一：TEC2000 主要指标：1：字长16位2：内存18k二：主要部件1:地址寄存器ARH,ARL，在AM2901的右边，只接受运算器的结果输出信号。
2：AB15-AB8,AB7-AB0地线址总3：指令寄存器IRH和IRL74Ls377。
用2片74ls244增加信号的驱动能力，IRHDRB74LS244，IRLDRB74LS2444；运算器是由4片AM2901芯片组成。
共16位。
其中有16个通用寄存器，R0_R15：其中程序计数器用R5来实现，堆栈指针SP用R4来实现。
其余的14个通用寄存器5：控制器是部件支持微程序和组合逻辑(MACH)2种控制器。
微程序控制器用一块小印刷电路板实现，直接插在大板左上方72芯插槽上。
由:1）1片微程序定序器AM2910：根据机器的运行状态与当前微微指令的有关内容，正确地形成下一条微指令的地址，以保证微程序按要求的微指令序列逐条执行2）8片只读程序器控存。
用于存放微程序3）MapROM微指令地址映射部件：4）微指令寄存器：用来存放当前微指令的内容，由1片74ls374，1片74ls273和7片Gal20v8组成（在大板上）5）当前微地址寄存器：用于存放当前微指令的微地址，由1片74ls377和74ls244组成6）：条件判断线路由1片GAL20v8 实现。
6：数据总线分为IB和DB。
IB和DB用74LS245连接，其中Db共有16个灯可用来观察试验结果7：存贮器：共6片，分2组：每组由2片8K字节容量的28 c64ROM芯片和1片2k字节容量的6116RAM组成，。
另2个芯片EXtROMH，EXTROM用来扩展。
内存地址空间的分配说明：0000H—1FFFH:监控程序2600H-27FFH：监控程序临时数据和堆栈2000H-25FFH：用户区，可存放用户的程序和数据4000H—FFFFH用户扩展区，可存放用户的程序和数据8：DC574ls138（在最下一片运算器的旁边）为内存地址译码器9：reset：复位按钮，产生总清信号，使TEC_2000从监控程序的首地址重新运行，是实验出错，造成死机之后的解决办法。
TEC2000-16位机指令设计
目录一、设计题目 (1)二、设计内容 (1)三、16位机微程序控制器指令系统的设计 (1)3.1 tec-2000A的指令功能与格式的设计 (1)3.2 tec-2000A的指令步骤及功能设计 (4)3.3微指令地址的设计 (7)3.4微指令设计 (8)四、16位机微程序控制器指令系统的实现 (13)五、16位机微程序控制器指令系统的测试 (15)六、结论 (19)6.1问题及解决 (19)6.2心得体会 (20)七、小组分工 (21)八、参考文献 (21)一、设计题目16位机微程序控制器指令系统的设计与实现二、设计内容1.完成微程序控制器指令系统的设计，设计29条基本指令和1条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、运行、调试正确。
2.在TEC—2000实验机上能够清楚的认识各芯片之间的联系，工作过程中各芯片的运行状态及其功能的实现过程。
3.对29条基本指令的认识清楚，明确每个编码的含义，以及在实验机上进行调试时各条指令的运行状态，能够对扩展指令LDAN [ADR],N的功能、格式、指令流程进行设计，并且能够在教学机上进行调试，实现其功能。
4.使用E命令往芯片中输入相关的指令信息，并且设计相关的测试程序对设计的指令进行调试。
三、 16位机微程序控制器指令系统的设计3.1 tec-2000A的指令功能与格式的设计指令操作码的设计根据要求需设计完成的30条指令包含无地址指令、一地址指令和二地址码指令，操作数寻址方式包括立即数、寄存器、内存单元、共设计三种字长指令：1、单字长指令，指令格式如下：表1 单指令字长格式2、双字长指令，指令格式如下：表2 双指令字长格式3、三字长指令，指令格式如下：表3 三字长指令格式其中操作码的设计方案为：IRH7-6：用来区分指令组，0X表示A组，10表示B组，11表示C、D组；IRH3：用于区分C、D组，IR3=0时为C组，IR3=1时为D组；IRH5：用于区分基本指令与扩展指令，基本指令为0，扩展指令为1；IRH4：用于简化控制器实现，恒为0；IR2-IR0：用于区分同一指令组的不同指令。
TEC-2000教学计算机系统
计 算 机 科 学 系
▪ RET ▪ IRET
4、输入输出类指令 ▪ IN ▪ OUT I/O port I/O port port]， ;R0←[I/O port]， I/O端口的数据送至R0的低字节 端口的数据送至R0 ;即I/O端口的数据送至R0的低字节 port]←R0， ;[I/O port]←R0， R0低字节数据送至I/O端口 低字节数据送至I/O ;即R0低字节数据送至I/O端口
计 算 机 科 学 系
计 算 机 科 学 系
TEC－ 2.3 TEC－2000 教学计算机指令格式
6位 2位 4位 Hale Waihona Puke 位目的寄存器 操作码 条件码
源寄存器
I/O端口地址 I/O端口地址 相对偏移量
立即数 / 内存地址 / 指令中变址偏移量 ☆ 单字指令 — 指令用一个字表示 ☆ 双字指令 — 指令用两个字表示 第二个指令字的内容可能是立即数、绝对地址或者变址位移量。 第二个指令字的内容可能是立即数、绝对地址或者变址位移量。 第一个指令字分为三个部分： ☆ 第一个指令字分为三个部分： 操作码（最高6 ），基本指令的操作码长度固定 最多支持64 基本指令的操作码长度固定， 64条 ♦ 操作码（最高6位），基本指令的操作码长度固定，最多支持64条 条件码（ ），用作条件转移指令的判断条件 ♦ 条件码（2位），用作条件转移指令的判断条件 最低的8位有3种用法： ♦ 最低的8位有3种用法： 个寄存器的编号（各占4 ① 1～2个寄存器的编号（各占4位）； 输入/输出端口地址（ ② 输入/输出端口地址（8位）； 相对转移指令的偏移量（ ③ 相对转移指令的偏移量（8位）。
计 算 机 科 学 系
TEC－ 2.2 TEC－2000 教学计算机指令系统分类与说明
计算机组成原理实验手册(TEC2000)
TEC-2000使用手册教学机使用方法简介摘要：一、设置左下方5个开关状态,确定实验箱的工作模式二、选按RESET键，再按START键教学机开始工作教学机与PC机的互联摘要：一、教学机和PC机通过RS-232串行口通信。
二、教学机使用其固化在ROM上的监控程序与PC机运行的仿真终端程序PCEC16通信。
三、使用PCEC主要可完成以下功能1、通过PC机向教学机加载程序2、向监控程序发送调试命令，使之控制程序在教学机中的运行，可令程序单步运行、连续运行等，控制方法参见监控程序一节。
仿真终端程序PCEC监控程序PCEC与监控程序的通信方法一、PCEC与监控程序的通信1、PCEC在接到串行口数据（8位）时的动作（教学机送来的）：将接收到的数据当成ASCII 码，在屏幕上显示对应的字符。
2、监控程序在接到串行口数据时的动作（PC机上的PCEC送来的）：若接到的字符为A/U/G/T/R/E/D这7个监控命令，则继续接收命令的剩余字符，直到收到回车符，则接收一条完全的命令，接下来根据收到的命令做相应的操作。
例如，收到的是A命令，则继续接收程序的机器码，并将这些机器码放到指定的内存地址；若收到的是G命令，则跳去执行用户程序，直至执行到用户程序的RET指令，返回监控程序继续执行；若是U命令，则将目标地址的指令进行反汇编，将反汇编结果发送给PCEC显示……二、PCEC与教学机上的用户程序的通信1、用户在PC机上（PCEC运行在前台）按下键盘按键，该键的ASCII码会被PCEC发送给教学机的串行通信控制器8251，8251将接收下来的ASCII码存放在其数据输入寄存器（端口号80H），用户程序只要读80H（IN 80H）端口，即可获得PC按键的ASCII码(R0低8位)。
2、用户程序若要在PC机的PCEC窗口显示一个字符，只需将该字符的ASCII码存放在R0的低8位，然后用OUT 80H将R0的值送到80H端口（8251的数据输出寄存器端口号），则接下来8251会自动将该ASCII码发给PCEC，PCEC收到ASCII码后即会将其显示在其窗口中。
TEC-2000G教学计算机系统技术说明_16位机逻辑器件
7.1.3
逻辑函数的化简
一般来说，如果一个逻辑函数的表达式比较简单，则实现这个逻辑表达式所需要的电路元件就 少，这样既节约了器材，提高了电路的可靠性，还有利于缩短信号的传输延迟时间。因此，在设计 逻辑电路时，对逻辑表达式的化简是必不可少的操作步骤。 1．与 - 或式 在逻辑代数中，与 — 或式是最常见的一种表达式。在逻辑表达式中逻辑变量的与运算称为与 项，与项的或运算称为与 — 或式。比如：GHJ、 G H 都是与项，而 GHJ+ G H、GH+HJ+JG 就是与或 式。 2．最简的含义 由于一个逻辑函数所对应的逻辑表达式不是唯一的，这样对于繁简程度不同的表达式，实现它 的电路也各不相同。一般地说，如果表达式“简单”，所用的电路元件就少。对于不同类型的表达 式而言，“简单”的标准也各不同的。就常见的与—或表达式，“最简”的含义是指该表达式中与 项的个数最少，且在此条件下，每个与项所含的变量个数也最少。 例如， L = AB + AC + BC = AB + ABC = AB + C 3．与—或式的化简 （含 3 个与项） （含 2 个与项，但其中一个与项含 3 个变量） （含 2 个与项，与项中变量最多为 2 个）
正常操作时r两个输入端只能有1个为低电平若都为低电平属于错误操作r94使用基本rs触发器的限制条件是在写入数据的整个期间被写入数据的状态应保持不型触发器基本rs触发器存在有一些不足比如在接收数据期间不允许输入的数据发生变化它需要避免两个触发输入端r同时为0可能发生的错误操作
第七章
教学计算机中的逻辑器件
交换律 Ａ＋Ｂ＝Ｂ＋A Ａ·Ｂ＝Ｂ·Ａ 结合律 （Ａ＋Ｂ）＋Ｃ＝Ａ＋（Ｂ＋Ｃ） （ＡＢ）Ｃ＝Ａ（ＢＣ） 分配律 Ａ（Ｂ＋Ｃ）＝ＡＢ＋ＡＣ Ａ＋ＢＣ＝（Ａ＋Ｂ）（Ａ＋Ｃ） 吸收律 Ａ＋ＡＢ＝Ａ Ａ＋ A Ｂ＝Ａ＋Ｂ 反演律（德· 摩根律） Ａ·（ A ＋Ｂ）＝ＡB （Ａ＋Ｂ）（Ａ＋Ｃ）＝Ａ＋ＢＣ
TEC-2000指令系统
TEC-2000教学计算机十六位机指令系统TEC-2000十六位的教学机系统实现了上述4组中的29条基本指令，保留了其余的19条扩展指令，供在教学实验中进行扩展，即完成对这些指令的设计与调试。
十六位教学机支持单字和双字指令。
第一个指令字的高8位为指令操作码字段，低8位和双字指令的第二个字为操作数、地址字段，共有三种格式：十六位机根据指令长度、操作数不同划分为6种指令格式。
1、单字、无操作数指令格式：基本指令：PSHF ；状态标志寄存器（C、Z、V、S、P1、P0）入栈POPF ；弹出栈顶数据送入状态标志寄存器RET ；子程序返回扩展指令：CLC ；清进位标志位C（C←0）STC ；置进位标志位C（C←1）EI ；开中断，即置中断允许位DI ；关中断，即清中断允许位IRET ；中断返回2、单字、单操作数指令格式：基本指令：DEC DR ；DR←DR-1INC DR ；DR←DR+1SHL DR ；DR逻辑左移，最低位补0，最高位移入CSHR DR ；DR逻辑右移，最高位补0，最低位移入CJR offset ；无条件转移到ADR，ADR=PC值+OffsetJRC offset ；当C=1时转移到ADR，ADR=PC值+OffsetJRNC offset ；当C=0时转移到ADR，ADR=PC值+OffsetJRZ offset ；当Z=1时转移到ADR，ADR=PC值+OffsetJRNZ offset ；当Z=0时转移到ADR，ADR=PC值+OffsetIN I/O port ；I/O端口输入，R0←[I/O Port]OUT I/O port ；I/O端口输出，[I/O Port]←R0PUSH SR ；SR入栈POP DR ；弹出栈顶数据送入DR扩展指令：RCL DR ；DR与C循环左移，C移入DR最低位，DR最高位移入CRCR DR ；DR与C循环右移，C移入DR最高位，DR最低位移入CASR DR ；DR算术右移，最高位保持不变，最低位移入CNOT DR ；DR求反，即DR←/DRJMPR SR ；无条件转移到SR指向的地址CALR SR ；调用SR指向的子程序JRS offset ；当S=1时转移到ADR，ADR=PC值+OffsetJRNS offset ；当S=0时转移到ADR，ADR=PC值+Offset3、单字、双操作数指令格式：基本指令：ADD DR, SR ；DR←DR+SRSUB DR, SR ；DR←DR-SRAND DR, SR ；DR←DR∧SRCMP DR, SR ；DR-SRXOR DR, SR ；DR←DR⊕SRTEST DR, SR ；DR∧SROR DR, SR ；DR←DR∨SRMVRR DR, SR ；DR←SDLDRR DR, SR ；DR←[SR]STRR DR, SR ；[DR]←SR扩展指令：ADC DR,SR ；DR←DR+SR+CSUBB DR,SR ；DR←DR-SR-C4．双字、单操作数指令格式：基本指令：JMPA ADR ；无条件转移到地址ADRCALA ADR ；调用首地址为ADR的子程序5．双字、双操作数指令格式1：基本指令：MVRD DR, DATA ；DR←DATA扩展指令：LDRA DR, [ADR] ；DR←[ADR]STRA [ADR], SR ；[ADR]←SR格式2：扩展指令：LDRX DR, offset[SR] ；DR←[offset+SR]STRX offset[SR],DR ；[offset+SR]←DRTEC-2000 十六位指令汇总表一、基本指令说明：1）表中CZVS一栏，“*”表示该标志位在指令执行后被重置，“·”表示该标志位不受指令执行的影响。
TEC-2000教学计算机系统技术说明_16位机硬件系统
第三章 TEC-2000教学机硬件系统的基本组成与实现3.1 TEC-2000教学机硬件系统的基本组成TEC-2000教学机硬件系统包括运算器、控制器、主存储器、启停控制部件、串行I/O接口、中断线路、各类控制按键、开关及指示灯，其系统总体框图如图3-3。
教学机硬件系统主要在两块印刷电路板上实现，其中，大印刷电路板是TEC-2000教学机的主体，实现了除微程序控制器之外的全部硬件系统；小印刷电路板是TEC-2000教学机的可选件，实现了微程序控制器，直接插在大板左上方上的72芯插槽上与大板相连。
在下面的几节中，依次介绍启停控制部件、组合逻辑控制器、运算器、主存储器、串行I/O接口、中断线路六部分；在“TEC-2000教学机使用简要说明”一节中介绍各类控制按键、开关、指示灯及插针、短路子的使用方法。
本节仅就TEC-2000教学机的总线结构作简要说明。
从图3-1中可以看到，TEC-2000教学机使用两组总线，即地址总线、数据总线。
1）地址总线：无论是8位机还是16位机，地址总线宽度均为16位；其中高8位地址总线记作ABH、低8位地址总线记作ABL（也记作A15~A0，A15为高位）。
地址总线的输入信号来自高8位和低8位地址寄存器ARH、ARL，而地址寄存器只接收运算器的结果输出信号。
在16位机中，高、低8位运算器的16位结果输出信号一次送入16位地址寄存器；而在8位机中，8位的运算器先计算低8位地址，送入低8位地址寄存器，再计算高8位地址，送入高8位地址寄存器。
地址总线的输出信号，要送往主存储器、I/O接口。
由于TEC-2000教学机只使用8位的I/O端口地址，因此在I/O读写指令中，只用到地址总线的低8位。
2）数据总线：数据总线又分内部数据总线IB（在CPU一方）与外部数据总线DB（在主存与外设接口一方）。
在16位机中，内、外部数据总线均为16位，分为高、低8位，依次记作IBH、IBL、DBH、DBL；在8位机中，内、外部数据总线为8位，用的是16位机中高8位数据总线IBH和DBH。
计算机组成原理实验手册(TEC2000)
TEC-2000使用手册教学机使用方法简介摘要：一、设置左下方5个开关状态,确定实验箱的工作模式二、选按RESET键，再按START键教学机开始工作教学机与PC机的互联摘要：一、教学机和PC机通过RS-232串行口通信。
二、教学机使用其固化在ROM上的监控程序与PC机运行的仿真终端程序PCEC16通信。
三、使用PCEC主要可完成以下功能1、通过PC机向教学机加载程序2、向监控程序发送调试命令，使之控制程序在教学机中的运行，可令程序单步运行、连续运行等，控制方法参见监控程序一节。
仿真终端程序PCEC监控程序PCEC与监控程序的通信方法一、PCEC与监控程序的通信1、PCEC在接到串行口数据（8位）时的动作（教学机送来的）：将接收到的数据当成ASCII 码，在屏幕上显示对应的字符。
2、监控程序在接到串行口数据时的动作（PC机上的PCEC送来的）：若接到的字符为A/U/G/T/R/E/D这7个监控命令，则继续接收命令的剩余字符，直到收到回车符，则接收一条完全的命令，接下来根据收到的命令做相应的操作。
例如，收到的是A命令，则继续接收程序的机器码，并将这些机器码放到指定的内存地址；若收到的是G命令，则跳去执行用户程序，直至执行到用户程序的RET指令，返回监控程序继续执行；若是U命令，则将目标地址的指令进行反汇编，将反汇编结果发送给PCEC显示……二、PCEC与教学机上的用户程序的通信1、用户在PC机上（PCEC运行在前台）按下键盘按键，该键的ASCII码会被PCEC发送给教学机的串行通信控制器8251，8251将接收下来的ASCII码存放在其数据输入寄存器（端口号80H），用户程序只要读80H（IN 80H）端口，即可获得PC按键的ASCII码(R0低8位)。
2、用户程序若要在PC机的PCEC窗口显示一个字符，只需将该字符的ASCII码存放在R0的低8位，然后用OUT 80H将R0的值送到80H端口（8251的数据输出寄存器端口号），则接下来8251会自动将该ASCII码发给PCEC，PCEC收到ASCII码后即会将其显示在其窗口中。
课程报告-16位机微程序控制器指令系统的设计与实现
计算机组成原理课程设计报告——16 位机微程序控制器指令系统的设计与实现院（系、部）：信息工程学院小组成员姓名:班级：指导教师：一、设计题目16位机微程序控制器指令系统的设计与实现二、设计目的通过看懂教学计算机组合逻辑控制器中已经设计好并正常运行的几条基本指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JR、RET等指令）的功能、格式和执行流程，然后自己设计微程序控制器中的29条基本指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确，达到以下目的：1、深入理解计算机控制器的功能、组成知识和各类典型指令的执行过程；2、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念；3、学习微程序控制器的设计过程和相关技术。
三、设计说明1、控制器设计是学习计算机总体组成和设计的重要的部分。
要在TEC—2000教学计算机上完成这项设计，必须清楚懂得：2、TEC—2000教学机的微程序控制器主要由作为选件的微程序控制器小板和教学机大板上的7GAL20V8组成。
3、TEC—2000教学机微程序控制器上要实现的全部基本指令和扩展指令的控制信号都是由微程序小板上的7片控制存储器给出的。
4、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命令执行扩展指令。
5、要明白TEC—2000教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解TEC —2000教学中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式、执行流程和控制信号的组成。
6、明确自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。
7、为了完成扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的实验内容，具体过程包括：（1）确定指令格式和功能，要受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，设计节拍状态的取值，应参照已实现指令的处理办法来完成，特别要注意的是，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的与原用节拍的状态保持一致和相近；（3）在指令微程序表中填写每一个控制信号的状态值，注意要特别仔细，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。
TEC-2000G教学计算机系统技术说明_16位机实验指导
； 输入用到的子程序到内存 2100 开始的存储区 ；输出保存在 R0 寄存器中的字符
；将保存在 R0 中的大写字母转换为小写字母 ；写 R0 中的字符到内存，地址同 LDRR 所用的地址 ；测试串行接口是否完成输出过程
；未完成输出过程则循环测试 ；结束子程序执行过程，返回主程序
运行过程中，可以直接看到屏幕上显示的内容，运行过后, 再用 D 20F0 命令看内存的 20F0 区 域中保存的运行结果:
压 START 前
运算
I8-I0 SST SCi SSH A
B ALU CZVS
输出
*D1+0->R0
011000111 001 00 00 不;0->R1
011000111 001 00 00 不用 0001
R0+R1->R0
011000001 001 00 00 0001 0000
压 START 后 ALU CZVS 输出
实验要求
1． 实验之前认真预习，写出预习报告，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；
2． 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；
3． 实验之后，认真写出实验报告，包括对遇到的各种现象的分析，实验步骤和实验结果，自己在 这次实验的心得体会与收获。
经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程，也包括控制器设计与实现中的具体线 路和控制信号的组成。扩展指令的参考设计方案，已在第二章中给出。 5． 要明确自己要实现的指令格式、功能、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、调试正确的实 验内容，具体过程包括： 1) 确定指令格式和功能，要受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，设计节拍状态的取值，应参照已实现指令的处 理办法来完成，特别要注意的是，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) 在指令流程表中填写每一个控制信号的状态值，基本上是个查表填数的过程，应该特别仔细， 并有意识地体会这些信号的控制作用； 4) 写出每个控制信号的完整逻辑表达式，可能和必要的话，进行一点逻辑化简； 5) 把这些控制信号，按教学计算机设计中规定的几个 GAL20V8 的引脚分配结果编程到相应的 GAL20V8 芯片中去； 6) 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。
第四章 第7讲 TEC—2000教学机的微程序控制器
MEM→IR
PC→AR,PC+1→PC 3A
伪中断处理,空操作
03
/MAP
30
有中断 无中断
STR→Q,判中断
B,D 组
不转移
PC+OFFSET
→ B组 R0→IO IO→R0 FLAG→MEM MEM→FLAG SR→MEM MEM→DR MEM→Q MEM→PC 13 14 16 PC→MEM,Q→PC 22 18 1A 1C D 组 20 SP-1→SP,AR 21 10 24
16:59:04
PORT→AR 12 15 SP-1→SP,AR 17 SP→AR,SP+1→SP DR→AR 19 SR→AR 1B 1D PC→AR,PC+1→PC 1E PC→AR,PC+1→PC 1F PC→AR,PC+1→PC 23 SP→AR,SP+1→SP
四,微指令设计举例
ADD DR, SR
CP
Am2910
/MAP
MAPROM
控制存储器( 控制存储器( ROM) )
读命令 3
16:59:04
指令操作码
二,微程序控制器的运行原理
1,微指令的格式和内容: 下地址字段 (1)下地址字段 分成 3 个子字段,总共使用17位码 (微指令中用16位). 4位 1位 8位 4位 2910的命令码 微转移条件 微下地址 的命令码 8 位微下地址字段用于直接给出下一条微指令的地址,常用 8 位, 使用微指令字中最高 8 位编码 . 最高一位用于扩展功能, 单独接线. . 4 位的命令码,用于选择Am2910的16个命令, 如下页表格 内容所示. 16:59:04 4 控制命令字段
8
TEC-2000教学计算机教师实验指导书16位
(16 位机)
清华同方股份有限公司 清华大学 计 算 机 系 2001 年 9 月
目录
第一章 TEC-2000 计算机组成原理实验系统概述-----------------------1
1．1 1．2
TEC-2000 教学机系统的技术指标与系统配置--------------------------------------1 教学机系统支持的实验项目----------------------------------- ------------------------2 1.2.1 基本实验项目---------------------------------------------------------------------2 1.2.2 其他实验项目---------------------------------------------------------------------3
1.1 TEC-2000 教学机系统的技术指标与系统配置
教学机系统的主要技术指标是: (1) 机器字长 8 位或 16 位, 即运算器、主存、数据总线均可以是 8 位或 16 位，但地址总线都
是 16 位。 (2) 指令系统, 基本指令系统分为 8 位或 16 位两种，支持多种基本寻址方式。其中一部分指令
TEC-2000 是由多个型号产品构成的系列教学实验计算机系统的总称。硬软件配置相对完 整、可支持 8 位或 16 位字长、可以选用组合逻辑控制器或微程序控制器方案、文字与图纸资料相 对齐全、主要用于“计算机组成原理”课程的教学与实验的计算机系统。
该系统是一台硬件组成相对完备的计算机系统, CPU、主存、I/O 接口及总线等有一定的典 型性, 并能驱动最常用的计算机输入/输出设备,用户可把该机的组成与设计，作为计算机组成原理 课程授课的实例内容, 理论联系实际, 保证课程各主要章节教学内容的理论深度和较高的实用性；
TEC-2000介绍
RAM0
Am2901
Am2901
Q0
D15~12
D11~8
D7~4
D3~0
+5V
F=0 OVER F15 Cy Y15~12 Y11~8
Am2902 片间高速进位用 Am2902 Cn+z Cn+y Cn+x
Cin
Y7~4
/G /P
Y3~0
RAM15
Q15 CP A口 B口 I8~6 I5~3 I2~0
F
二选一
运算器，三大件 运算暂存乘除快 运算 暂存 乘除快 多路选通连起来 多路选通连起来 Cn 数据组合有内外 运算功能指明白 存 移输出巧安排 存移输出巧安排 运算功能选择 I5 I4 I3 数据组合选择 I2 I1 I0 运算结果处理 I8 I7 I6
A L U S R 三选一 二选一
001
1
0
R0R0+R1
QR0
Y F
/ 0000 0000 0001
000
010
000
100
100
001
0
0
R0R0R1 YA口 0000
R0R0R1 Y F
0000
0001
011
100
001
0
入出信号及引脚
Y3~Y0 CP Cy F=0 Over F3 RAM3 Q3 OE
Cn
Q寄存器 Q3 三选一 Q0
B锁存器
A锁存器
输入D A口地址 B口地址
B
16个
A
通用寄存器 三选一
RAM3
RAM0
输出Y /OE
F3 F=0000 OVR Cn+4
TEC-2000[1]
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一、设计题目16位机微程序控制器指令系统的设计与实现二、设计目的通过看懂教学计算机组合逻辑控制器中已经设计好并正常运行的几条基本指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JR、RET等指令）的功能、格式和执行流程，然后自己设计微程序控制器中的29条基本指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确，达到以下目的：1、深入理解计算机控制器的功能、组成知识和各类典型指令的执行过程；2、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念；3、学习微程序控制器的设计过程和相关技术。
三、设计说明控制器设计是学习计算机总体组成和设计的重要的部分。
要在TEC—2000教学计算机上完成这项设计，必须清楚懂得：1、TEC—2000教学机的微程序控制器主要由作为选件的微程序控制器小板和教学机大板上的7片GAL20V8组成。
2、TEC—2000教学机微程序控制器上要实现的全部基本指令和扩展指令的控制信号都是由微程序小板上的7片控制存储器给出的。
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命令执行扩展指令。
4、要明白TEC—2000教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解TEC—2000教学机中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式、执行流程和控制信号的组成。
5、明确自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。
6、为了完成扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的实验内容，具体过程包括：1）确定指令格式和功能，要受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，设计节拍状态的取值，应参照已实现指令的处理办法来完成，特别要注意的是，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的与原用节拍的状态保持一致和相近；3）在指令微程序表中填写每一个控制信号的状态值，注意要特别仔细，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、设计内容1、完成微程序控制器指令系统设计，主要内容是由学生自己设计29条基本指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、运行、调试正确。
2、首先看懂TEC—2000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组合逻辑控制器中已经设计好并正常运行的几条典型指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JRC、RET等指令）的功能、格式和执行流程。
3、设计微程序控制器指令系统中各条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确，例如ADC、STC、JRS、JRNS、LDRX、STRX、JMPR、CALR、LDRA等19条扩展指令。
4、单条运行指令，查看指令的功能、格式和执行流程。
5、用监控程序的A、E（扩展指令必须用E命令置入）命令编写一段小程序，观察运行结果。
五、设计要求（一）分组及任务分配每组四名同学，任务分配或分工为：1、仿照教学计算机组合逻辑控制器，设计微程序控制器中基本指令的功能、格式和执行流程，画出29条基本指令的执行流程框图和微程序编码表。
（杨赛男同学负责）2、设计19条扩展指令的功能、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、下址字段、形成下址用到的条件码，画出19条扩展指令的执行流程框图和微程序编码表。
（李春萌同学负责）3、确定微码各字段与控制存储器各个芯片之间的关系，列表写出各控制存储器芯片中存储单元的内容，将设计好的微码装入控制存储器。
（覃筱媛同学负责）4、编写若干个测试程序，包含所有的基本指令和扩展指令，通过运行这些程序可以检查所有指令设计是否正确。
（车平同学负责）最后，所有同学共同参与测试，通过运行测试程序，判断指令设计是否正确。
如果有问题，查出错误并改正，继续调试，直到完全正确。
（二）学生应交材料1、课程设计报告，每组交一份。
2、一块自定义指令系统的微程序控制器板。
3、课程设计日记，每人交一份。
（三）课程设计报告内容1、题目名称；2、题目内容；3、基本指令和扩展指令的执行流程框图；4、基本指令和扩展指令的微程序编码表；5、八个控制存储器芯片中各存储单元的内容列表；6、测试程序；7、自评（从实现的功能上评价）；8、遇到的问题及解决方案；9、总结（主要从综合应用知识、分析问题、解决问题方面总结）。
六、进度安排第1周周一上午课程设计动员周二 ~ 周五（1）熟悉汇编、TEC—2000机开发环境（2）基本指令设计（3）扩展指令设计（4）编写调试程序。
第2周周一 ~ 周五微指令写入芯片，运行测试程序，调试指令。
第3周周一 ~ 周三编写课程设计报告。
周四、周五验收和答辩总结。
七、课程设计环境1、硬件环境： PC机一台、TEC—2000实验机一台、微程序控制器实验板一块。
2、软件环境：（1）Win2000、DOS（2）TEC—2000仿真终端程序PCEC（3）TEC—2000监控程序。
八、软件设计方案1．将设计好的微码写入控制存储器。
（包括29条基本命令和我组分配到的CLC扩展指令的微码）一次只对一片28C64控制存储器芯片进行读写，该芯片可插在扩展芯片的高位或低位，若插在高位，输入时信号编码为高八位，低八位补零；若插在低位，输入时信号编码为低八位，高位补零。
若一次扩展两片28C64控制器芯片，要注意信号要与产生该信号的芯片相对。
(1) 将扩展新片的内存单元地址置为4000~5FFF，将MAPROM插入扩展芯片的位置，微程序入口地址对应的内存单元的地址为芯片的起始地址和该指令的编码值之和。
具体操作如下：E 40004000 00FF：04 00FF：05 00FF：06 00FF：09 00FF：08 00FF：0A 00FF：07 00FF：0B 00FF：0D 00FF：0C00FF：0E 00FF：0FE 40414041 00FF：11E 40444044 00FF：10 00FF：10 00FF：10 00FF：10E 406C406C 00FF：564080 00FF：1E 00FF：1B 00FF：12 00FF：1900FF：15 00FF：15 00FF：12 00FF：1700FF：1DE 408C408C 00FF：17 00FF：00FF：00FF：23E 40CE40CE 00FF：1F(2) 将MPROM1~MPROM7依次插入扩展芯片的位置对其编程，内存单元的地址为芯片的起始地址和该指令操作功能所对应的微址之和，操作如下：MPROM1产生下址信号，MPROM2产生CI3~0、SCC3~0信号对MPROM1-2的操作为：MPROM1 在高位 MPROM2 在低位E 40004000 00FF：00E0 00FF：00E0 00FF：00E0 00FF：002000FF：3030 00FF：3030 00FF：3030 00FF：303000FF：3030 00FF：3030 00FF：3030 00FF：303000FF：3030 00FF：3030 00FF：3030 00FF：30304010 00FF：3034 00FF：3030 00FF：1436 00FF：303000FF：3030 00FF：1A37 00FF：3030 00FF：1C3700FF：3030 00FF：00E0 00FF：3030 00FF：00E000FF：3030 00FF：1C30 00FF：2430 00FF：00E04020 00FF：00E0 00FF：00E0 00FF：3030 00FF：00E000FF：3030E 40304030 00FF：3A32 00FF：0230E 4056 00FF：3030(3) MPROM3产生0MRW、0I2~0信号，MPROM4产生SAI8~I6、SBI5~I3信号，对MPROM3-4的操作为：MPROM3 在高位 MPROM4 在低位E 40004000 00FF：4131 00FF：4320 00FF：1010 00FF：401000FF：41B8 00FF：41B9 00FF：41BC 00FF：41BB00FF：41BE 00FF：4199 00FF：419C 00FF：44B800FF：4338 00FF：4339 00FF：4378 00FF：43584010 00FF：4010 00FF：4530 00FF：4710 00FF：231000FF：3730 00FF：4331 00FF：0010 00FF：432000FF：1010 00FF：4318 00FF：0490 00FF：449000FF：1738 00FF：4320 00FF：4320 00FF：43204020 00FF：1700 00FF：4331 00FF：0220 00FF：432000FF：1730E 40304030 00FF：4700 00FF：4320E 4056 00FF：4010(4) MPROM5产生B口、A口信号，MPROM6产生0SST、SSHSCI信号，对MPROM5-6的操作为：MPROM5 在高位 MPROM6 在低位E 40004000 00FF：5501 00FF：5501 00FF：0000 00FF：000000FF：0010 00FF：0011 00FF：0010 00FF：001000FF：0010 00FF：0011 00FF：0010 00FF：001000FF：0011 00FF：0010 00FF：0060 00FF：00504010 00FF：0000 00FF：5500 00FF：0000 00FF：000000FF：0000 00FF：4000 00FF：0000 00FF：440100FF：0020 00FF：0000 00FF：0000 00FF：000000FF：0000 00FF：5501 00FF：5501 00FF：55014020 00FF：0000 00FF：4000 00FF：5500 00FF：440100FF：5000E 40304030 00FF：0000 00FF：5501E 4056 00FF：0030(5) MPROM7产生DC2、DC1信号，对MPROM7的操作为：E 40004000 00FF：70 00FF：B0 00FF：10 00FF：0000FF：00 00FF：00 00FF：00 00FF：0000FF：00 00FF：00 00FF：00 00FF：0000FF：00 00FF：00 00FF：00 00FF：004010 00FF：00 00FF：02 00FF：32 00FF：01 00FF：00 00FF：30 00FF：03 00FF：3000FF：00 00FF：30 00FF：01 00FF：3000FF：00 00FF：30 00FF：30 00FF：304020 00FF：00 00FF：30 00FF：01 00FF：30 00FF：00E 40304030 00FF：03 00FF：B0E 4056 00FF：00芯片的截图如下1）写入基本指令之后的芯片存储状态：MAPROMMPROM1,2 (MPROM 1在高位MPROM2在低位)MPROM3,4 (MPROM 3在高位MPROM 4在低位)MPROM5，6（MPROM5在高位，MPROM6在低位）MPROM72）写入扩展命令后的截图MAPROM MPROM1MPROM2 MPROM3MPROM4 MPROM5MPROM6 MPROM7九.测试程序1．在单步方式下，通过指示灯观察各类扩展指令的微码。