实验四：组合逻辑控制器实验

实验四：组合逻辑控制器实验

一、实验目的

1、深入理解计算机控制器的功能和组成；

2、学习和掌握计算机各类典型指令的执行流程；

3、学习组合逻辑控制器的控制原理和相关技术。

二、实验说明

1、TEC-XP+十算机的指令分类

TEC-2000指令系统按指令的功能和执行步骤可划分为A B C D四组：

A组：主要完成通用寄存器之间的数据传送或运算，以及少数特殊操作，在取指后一步完成。

基本指令：ADD，SUB，AND，OR，XOR，CMP，TEST，MVRR，INC，DEC，SHR，SHL，JR，JRC，JRNC，JRZ，JRNZ

扩展指令：ADC，SBB，NOT，RCL，RCR，ASR，STC，CLC，EI，DI ，JRS，JRNS，

JMPR

B 组：需完成一次主存读/ 写操作，或IO 读/ 写操作，在取指后二步完成。第一步向地址寄存器送入

16 位（或8位的I/O 端口）地址，第二步完成读、写操作。

基本指令：LDRR，STRR，PUSH，POP，PSHF，POPF，MVRD，IN，OUT，JMPA，

RET

C 组：完成两次主存读/ 写操作（间址操作），在取指令后三步完成。第一次读出的数据是操作数的地址，读出

后直接（或经过一次加法运算）将其送入地址寄存器，省掉第二次内存读/ 写操作的

地址传送步骤。CALR指令先用第2步保存PC内容到堆栈，第3步把寄存器中的子程序入口地址传送到

程序计数器PC中。

扩展指令：CALR，LDRA，STRA，LDRX，STRX

D组：完成两次内存的读、写操作，在取指之后四步完成。

基本指令：CALA 扩展指令：TRET

8位指令操作码（记作“ IR15 - IR8”）的特殊含义：

①IR15 - IR14用于区分指令组，0X表示A组，10表示B组，11表示C D组；

②IR11用于区分C、D组，IR11=0为C组，IR11=1为D组；

③IR13 用于区分基本指令和扩展指令，基本指令为0，扩展指令为1。

④IR12 用于简化控制器实现，暂定为0。

⑤IR10 - IR8用于区分同一指令组的不同指令。

TEC-XP+勺基本指令已全部实现，扩展指令只完成了指令格式和执行流程的设计，控制信号的逻辑尚未实现，可由用户扩展实现。

2、TEC-XP+十算机的指令执行流程

TEC-2000计算机指令的执行流程由节拍发生器（即时序产生器）控制，节拍（即机器周期或CPU周期）

用T4T3T2T1T0来编码，其中，在组合逻辑控制器中T4恒为0 （T4=0）。下图为TEC-2000的指令执行流程图，

方框表示1个节拍（即机器周期），左上角为节拍的编码（用T3T2T1T0表示）。

3、TEC-XP+十算机组合逻辑控制器的主要控制信号

TEC-2000计算机组合逻辑控制器涉及到大量的控制信号，此处仅对输出的控制信号进行简要介绍。

1 ）运算器控制信号

与运算器有关的控制信号有18〜10、A3〜AO、B3〜BO、SCI、SSH L SSH0 SST2〜SSTQ这些信号的

含义在脱机运算器实验中已作了介绍。

2 ）存储器、I/O端口读写控制信号

与存储器、I/O端口读写有关的控制信号/MIO、REQ /WE这3个控制信号通过译码后产生6个控制信号。

3）总线操作、中断控制信号

与总线操作、中断有关的控制信号有DC1〜DC1、DC2〜DC2。

DC1〜DC1通过3-8译码器74LS138产生8个控制信号。DC1在组合逻辑控制器中未使用。

DC22〜DC2通过3-8译码器74LS138产生8个控制信号。DC2直接送到中断逻辑， DC2=1表示下一拍

操作为取指令，否则 DC2=0。

步骤

在单步方式下观察TEC-2000计算机典型的基本指令执行的节拍流程以及控制信号。 1、基本指令的执行节拍流程 将TEC-XP 墩学机运行控制开关置为

111100 （单步、手动置指令、组合逻辑、联机）

，然后按 RESET

键，通过16位数据开关SWH SWL 置入指令操作码，在单步方式下，通过指示灯观察每组典型基本指令的 节拍流程。

A 组指令：ADD R0，R1

⑴置 SW=00000000 00000001

B 组指令：PUSH R0

⑴ 置 SW=10000100 00000000

⑵按RESET 键，节拍指示灯 ⑶按START 键，节拍指示灯 ⑷按START 键，节拍指示灯 ⑸按START 键，节拍指示灯 T4〜T0 显示 01000; T4〜T0 显示 00000; T4〜T0 显示 00010;

T4〜T0 显示 00011;

（本拍在复位后才会出现） （本拍在手动情况下无意

义）

（执行IR J 指令编码）

⑵按RESET 键，节拍指示灯 ⑶按START 键，节拍指示灯 ⑷按START 键，节拍指示灯 ⑸按START 键，节拍指示灯

⑹按START 键，节拍指示灯 T4〜T0 显示 01000; T4〜T0 显示 00000; T4〜T0 显示 00010; T4〜T0 显示 00110; T4〜T0 显示 00100;

（本拍在复位后才会出现） （本拍在手动情况下无意义） （执行IR J 指令编码）

（执行本指令的第一步）

D 组指令：CALA addr

（调用地址为addr 的子程序，CALA 指令比较特殊）

⑴ 置 SW=11001110 00000000

⑵按RESET 键，节拍指示灯 ⑶按START 键，节拍指示灯 ⑷按START 键，节拍指示灯 ⑸按START 键，节拍指示灯 ⑹按START 键，节拍指示灯 ⑺按START 键，节拍指示灯

T4〜T0 显示 01000; T4〜T0 显示 00000; T4〜T0 显示 00010; T4〜T0 显示 00110; T4〜T0 显示 00100; T4〜T0 显示 00111;

（本拍在复位后才会出现） （本拍在手动情况下无意义）

（执行IR J 指令编码） （执行本指令的第一步） （执行本指令的第二步） （执行本指令的第三步）