TEC-8计算机组成原理实验北邮
白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(课程教学实验设计 TEC—8实验系统平台)
10.1 TEC—8实验系统平台一、TEC一8实验系统技术特点1．模型计算机采用8位字长，简单而实用,有利于学生掌握模型计算机整机的工作原理。
通过8位数据开关用手动方式输入二进制测试程序，有利于学生从最底层开始了解计算机工作原理。
2．指令系统采用4位操作码，可容纳l6条指令。
已实现加、减、与、加l、存数、取数、条件转移、无条件转移、输出、中断返回、开中断、关中断和停机等14条指令，指令功能非常典型。
3．采用双端口存储器作为主存，实现数据总线和指令总线双总线体制，实现指令流水功能，体现出现代CPU设计理念。
4．控制器采用微程序控制器和硬连线控制器2种类型，体现了当代计算机控制器技术的完备性。
5．微程序控制器和硬连线控制器之间的转换采用独创的一次全切换方式，切换不用关电源，切换简单、安全可靠。
6．制存储器中的微代码可用PC下载，省去了E2PROM器件的专用编辑器和对器件的插、拔。
7．运算器中ALU采用2片74181实现，包含4个8位寄存器组使用1片EPM7064实现，设计新颖。
8．一条机器指令的时序采用不定长机器周期方式，符合现代计算机设计思想。
9．在TEC-8上进行计算机组成原理或计算机组成与系统结构课程时实验接线较少，让学生把精力集中在实验现象的观察、思考和实验原理的理解上。
二、TEC-8实验系统组成TEC-8实验系统由下列部分构成：1．电源安装在实验箱的下部，输出+5V，最大电流为3A。
220V交流电源开关安装在实验箱的右侧。
220V交流电源插座安装在实验箱的背面。
实验台上有一个+SV电源指示灯。
2．实验台实验台安装在实验箱的上部，由一块印制电路板构成。
TEC-8模型计算机安装在这块印制电路板上。
学生在实验台上进行实验。
3．下载电缆用于将新设计的硬连线控制器或者其他电路下载到EPM7128器件中。
下载前必须将下载电缆的一端和PC机的并行口连接，另一端和实验台上的下载插座连接。
4．USB通信线USB通信线用于在PC机上在线修改控制存储器中的微代码。
TEC8计算机组成原理实验北邮
ALU由2片74LS181、1片74LS74、1片74 LS 244、 1片74 LS 245和1片74LS30构成。74LS181完成算术 逻辑运算，加法和减法同时影响C标志和Z标志，与 操作和或操作只影响Z标志。
数据 通路
ABUS ห้องสมุดไป่ตู้BUS
RD0
RD1
RS0
RS1
DRW
电平 开关
K13 K14
K0
K1
K2
K3
K4
数据 通路
S0
S1
S2
S3
M
LDC LDZ
电平 开关
K5
K6
K7
K8
K9
VCC
VCC
数据 通路
电平 开关
MBUS
K15
LAR MEMW
K10 K11
LPC
K12
ARINC PCINC PCADD
GND GND GND
•参考连线：
数据 通路
RD0
RD1
RS0
RS1
DRW
电平 开关
K0
K1
K2
K3
K4
数据 通路
LDC
电平 开关
K5
LDZ S0 S1 S2 S3 M
K6 K7 K8 K9 K10 K11
数据 通路
ABUS SBUS
CIN
MBUS
指示灯 K12 K13 K14 GND
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本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==tec-8实验指导书篇一：TEC-XP实验指导书nTEC-XP计算机组成原理与系统结构实验系统清华大学科教仪器厂清华大学计算机系201X年8月目录第一章 TEC-XP计算机组成原理实验系统概述---------------------11．11．2 TEC-XP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----------------------------------- ------------------------21.2.1 基本实验项目---------------------------------------------------------------------21.2.2 其他实验项目---------------------------------------------------------------------3第二章2.12.22.32.42.5 I/O2.62.72.7.1附录实验指导------------------------------------------------------------5 基础汇编语言程序设计-------------------------------------------------------------5 脱机运算器实验---------------------------------------------------------------------12 组合逻辑控制器部件教学实验---------------------------------------------------21 存储器部件教学实验---------------------------------------------------------------30 口扩展实验----------------------------------------------------------------------34 中断实验------------------------------------------------------------------------------36 微程序控制器部件教学实验------------------------------------------------------50 技术资料汇总------------------------------------------------------------50 2.7.2 微程序控制器实验------------------------------------------------------57 实验注意事项-------------------------------------------------------------------------72 I第一章 TEC-XP计算机组成原理与系统结构实验系统概述1.1TEC-XP教学计算机系统概述1.1.1 TEC-XP教学计算机系统系列和总体组成概述TEC-XP是由清华大学计算机系和清华大学科教仪器厂联合研制并通过了教育部主持的成果鉴定的适用于计算机组成原理与系统结构的实验系统，主要用于计算机组成原理和计算机系统结构等课程的硬件教学实验，同时还支持监控程序、汇编语言程序设计、BASIC高级语言程序设计等软件方面的教学实验。
TEC-8实验指导书
2
前 言……………………………………………………………………………………..1 第 1 章 TEC-8 计算机硬件综合实验系统…………………………………………….…..5 1.1 TEC-8 实验系统的用途…………………………………………………………….…5 1.2 TEC-8 实验系统技术特点…………………………………………………….………5 1.3 TEC-8 实验系统组成………………………………………………………….………6 1.4 逻辑测试笔……………………………………………………………………………6 1.5 TEC-8 实验系统结构和操作……………………………………………….…………7 1.5.1 模型计算机时序信号………………………………………………………………7 1.5.2 模型计算机组成……………………………………………………………………7 1.6 模型计算机指令系统………………………………………………………………… 10 1.7 开关、按钮、指示灯……………………………………………………..…………11 1.8 数字逻辑和数字系统实验部分…………………………………..…………………12 1.8.1 基本实验通用区…………………………………………………………………...12 1.8.2 大型综合设计实验装臵………………………………………………………..….13 2 1.9 E PROM 中微代码的修改………………………………………………….……….…13 第 2 章 计算机组织与体系结构基本实验………………………………………………18 2.1 运算器组成实验……………………………………………………………………..18 2.2 双端口存储器实验…………………………………………………………………..22 2.3 数据通路实验………………………………………………………………………..26 2.4 微程序控制器实验…………………………………………………………………..30 2.5 CPU 组成与机器指令的执行…………………………………………………………36 2.6 中断原理实验………………………………………………………………………..39 第 3 章 课程综合设计…………………………………………………………………....43 3.1 模型机硬连线控制器设计…………………………………………………………..43 3.2 模型机流水微程序控制器设计……………………………………………………..47 3.3 模型机流水硬连线控制器设计……………………………………………………..50 3.4 含有阵列乘法器的 ALU 设计………………………………………………………..51 第 4 章 数字逻辑与数字系统基本实验…………………………………………………55 4.1 基本逻辑门逻辑实验………………………………………………………………..55 4.2 TTL、HC 和 HCT 器件的电压传输特性实验………………………………………..56 4.3 三态门实验…………………………………………………………………….…….59 4.4 数据选择器和译码器实验……………………………………………………….….61 4.5 全加器构成及测试实验………………………………………………………….….63 4.6 组合逻辑中的冒险现象实验…………………………………………………….….64 4.7 触发器实验……………………………………………………………………….….66 4.8 简单时序电路实验…………………………………………………………………..69 4.9 计数器和数码管实验………………………………………………………………..70 4.10 四相时钟分配器实验………………………………………………………………74 第 5 章 数字逻辑与数字系统综合设计实验…………………………………………...76 5.1 简易电子琴实验……………………………………………………………………..76
TEC8-中断原理实验
TEC-8 北京邮电大学计算机学院试验中心系统构造试验室
13
地址
指令
机器码
00H
EI
01H
INC R0
02H
INC R0
03H
INC R0
04H
INC R0
05HINC Leabharlann 006HINC R0
07H
INC R0
08H
INC R0
1
三、试验设备 TEC-8试验系统 1台 TDS1001数字存储示波器 1台 UT60A数字万用表 1块 逻辑测试笔（在TEC-8试验台上） 1支 四、试验电路
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2
TEC-8模型计算机中有一种简朴旳单级中断系统， 只支持单级中断、单个中断祈求，有中断屏蔽功 能，旨在阐明最基本旳工作原理。
TEC-8模型计算机中有2条指令用于允许和屏蔽中 断。EI指令称作开中断指令，此条指令执行后， TEC-8响应中断。DI指令称作关中断指令。此条 指令执行后，虽然发生中断祈求，TEC-8也不响应 中断祈求。
按下PULSE按钮产生高电平有效旳中断祈求脉冲 信号。
TEC-8 北京邮电大学计算机学院试验中心系统构造试验室
TEC-8 北京邮电大学计算机学院试验中心系统构造试验室
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《 计算机构成原理 》第五版 白中英 主编 科学出版社
《TEC-8 计算机硬件综合试验系统试验 指导书》清华大学科教仪器厂
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打开电源。
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南信大 计算机组成原理实验TEC-8实验指导书
5.2 简易频率计实验……………………………………………………………………..78 5.3 简易交通灯实验……………………………………………………………………..83 5.4 VGA 接口设计………………………………………………………………………..86
4
第 1 章 TEC-8 计算机硬件综合实验系统
1.2 TEC-8 实验系统技术特点
⑴ 模型计算机采用 8 位字长、简单而实用，有利于学生掌握模型计算机整机的工作原 理。 通过 8 位数据开关用手动方式输入二进制测试程序， 有利于学生从最底层开始了解计算 机工作原理。 ⑵ 指令系统采用 4 位操作码，可容纳 16 条指令。已实现加、减、与、加 1、存数、取 数、条件转移、无条件转移、输出、中断返回、开中断、关中断和停机等 14 条指令，指令 功能非常典型。 ⑶ 采用双端口存储器作为主存，实现数据总线和指令总线双总线体制，实现指令流水 功能，体现出现代 CPU 设计思想。 ⑷ 控制器采用微程序控制器和硬连线控制器 2 种类型，体现了当代计算机控制器技术 的完备性。 ⑸ 微程序控制器和硬连线控制器之间的转换采用独创的一次全切换方式，切换不用关 掉电源，切换简单、安全可靠。 2 ⑹ 控制存储器中的微代码可用 PC 计算机下载，省去了 E PROM 器件的专用编辑器和对 器件的插、拔。 ⑺ 运算器中 ALU 采用 2 片 74181 实现，4 个 8 位寄存器组用 1 片 EPM7064 实现，设计 新颖。 ⑻ 一条机器指令的时序采用不定长机器周期方式，符合现代计算机设计思想。 ⑼ 通用区提供了若干双列直插的器件插座，用于《数字逻辑和数字系统》课程的基本 实验。 ⑽ 1 片在系统可编程器件 EPM7128 既可用于作为硬连线控制器使用，又可用于《数字 逻辑与数字系统》课程的大型设计实验。为了安排大型设计实验，提供了用发光二极管代表 的按东、西、南、北方向的安排的 12 个交通灯，6 个数码管，1 个喇叭和 1 个 VGA 接口。 ⑾ 设计《计算机组织与体系结构》课程实验考虑了与前导课程《数字逻辑与数字系统》 实验的衔接。由于在《数字逻辑与数字系统》实验中已经进行了大量的接、插线实践，因此 在 TEC-8 上进行《计算机组成与体系结构》课程实验接线较少，让学生把精力集中在实验现 象的观察、思考和实验原理的理解上。
TEC-8实验(new)
把值送往 ALU 的 A 端口，同时也选中了能写入的寄存器。地址信号 RS1、RS0 选中的寄存器把值送往
ALU 的 B 端口。（都是 00 选 R0，01 选 R1，10 选 R2，11 选 R3）
3、8 位的 ALU 通过两片 74LS181 芯片实现。虚线框内的 4 个寄存器、两个 4 选 1 选择器、2：4
TEC-8 计算机组成原理 实验指导
计算机与信息工程学院 马辉
aymahui@
TEC-8 整体描述
1、电源安装在试验箱的下部，电源接口在后侧面，电源开关在右侧面，实验台上有一个+5V 的 电源指示灯。
2、实验台由一块印刷电路板构成，上面分模块实现了模型计算机和数字电路综合实验所需部分。
6、指示灯 µA5~µA0 显示 17H，这时指示灯 C 显示加法运算得到的进位 C，指示灯 Z 显示加法运 算得到的结果为 0 信号。指示灯 A7~A0 显示被减数 A（R0），指示灯 B7~B0 显示减数 B（R1），D7~D0 指示灯显示运算结果 A-B。按一次 QD 按钮，进入下一步。
7、指示灯 µA5~µA0 显示 18H，这时指示灯 C 显示减法运算得到的进位 C，指示灯 Z 显示减法运 算得到的结果为 0 信号。指示灯 A7~A0 显示数 A（R0），指示灯 B7~B0 显示数 B（R1），D7~D0 指示 灯显示运算结果 A and B。按一次 QD 按钮，进入下一步。
数据开关 SD7~SD0 上设置数 B，在数据总线 DBUS 指示灯 D7~D0 上可查看数据。然后按一次 QD，将 数据写入 R1，进入下一步。
5、指示灯 µA5~µA0 显示 16H，指示灯 A7~A0 显示被加数 A（R0），指示灯 B7~B0 显示加数 B（R1）， D7~D0 指示灯显示运算结果。按一次 QD 按钮，进入下一步。
北邮计算机组成原理课程设计 代码与实验报告
北京邮电大学课程设计报告注：评语要体现每个学生的工作情况，可以加页。
计算机组成原理课程设计实验报告采用硬布线控制器的顺序模型处理器设计与调试一、实验目的（1）融会贯通计算机组成原理各章节教学内容，通过知识的综合应用，加深对CPU各模块工作原理及相互联系的认识，建立清晰的整机概念。
（2）掌握硬布线控制器的设计方法。
（3）学习运用可编程逻辑技术进行逻辑设计和调试的基本步骤和方法（4）学习运用VHDL语言，用编写编译下载程序到altera芯片运行。
（5）培养科学研究的独立工作能力，获得工程设计与组装调试的实践经验二、实验设备TEC-8实验系统一台PC计算机一台逻辑笔一只USB下载器一根三、设计与调试任务（1）设计一个硬连线控制器，和TEC-8模型计算机的数据通路结合在一起，构成一个完整的CPU，该CPU要求：能够完成控制台操作：启动程序运行、读存储器、写存储器、读寄存器、写寄存器；能够执行表中的指令，完成规定的操作。
（2）在Quarts下对硬布线控制器设计方案进行编辑和编译。
（3）将编译后的硬布线控制器下载到TEC-8实验台上的EPM7128中，使其成为一个硬布线控制器。
（4）根据指令系统，编写检测硬布线控制器正确性的测试程序，并用测试程序对硬布线控制器在单拍方式下进行调试，直到成功。
四、实验原理（1）硬布线控制器基本原理硬布线控制器是一种把控制部件看作产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络。
当执行不同机器指令时，通过激活一系列彼此很不相同的控制信号来实现对指令的解释。
每个微操作控制信号C是一系列输入量的逻辑函数，即用组合逻辑来实现C=f（Im，Mi，Tk，Bj）Im是机器指令操作码译码器的输出信号，Mi是节拍电位信号，Tk是节拍脉冲信号，Bj表示来自执行部件的反馈信息，是状态条件信号。
在TEC-8实验系统中，节拍脉冲信号Tk，（T1~T3）已经直接输送给数据通路。
计算机组成原理实验指导书
TEC-4计算机组成原理实验系统TEC-4计算机组成原理实验系统由北京邮电大学计算机学院、清华大学同方教学仪器设备公司、深圳拓普威电子技术有限公司联合研制。
它是一个8位的计算机模型实验仪器，可用于大专、本科、硕士研究生计算机组成原理课程、计算机系统结构课程的教学实验。
该仪器将提高学生的动手能力，提高学生对计算机整体和各组成部分的理解，提高学生对计算机系统的综合设计能力。
一、TEC-4计算机组成原理实验系统特点1.计算机模型简单、实用，运算器数据通路、控制器、控制台各部分划分清晰。
2.计算机模型采用了数据总线和指令总线双总线体制，能够实现流水控制。
3.控制器有微程序控制器、硬联线控制器两种类型，每种类型又有流水和非流水两种方案。
4.寄存器堆由1片ispLSI1016组成，运算器由1片ispLSI1024组成，设计新颖。
5.实验台上包括了1片在系统编程芯片ispLSI1032，学生可用它实现硬联线控制器等多种设计。
6.该系统能做运算器组成、双端口存储器、数据通路、微程序控制器、中断、CPU组成与指令执行等六个基本教学实验。
7.该系统能完成流水微程序控制器、硬联线控制器、流水硬联线控制器等三个大型课程设计实验。
8.电源部分采用模块电源，重量轻，具有抗电源对地短路能力。
9.器件外部采用自锁紧累接接线方式，可靠性比面包板提高5倍。
图1 TEC-4计算机组成原理实验系统二、TEC-4计算机组成原理实验系统的组成TEC-4计算机组成原理实验系统由下述六部分组成：1.控制台2.数据通路3.控制器4.用户自选器件试验区5.时序电路6.电源部分下面分别对各组成部分予以介绍。
三、电源电源部分由一个模块电源、一个电源插座、一个电源开关和一个红色指示灯组成。
电源模块通过四个螺栓安装在实验台下面，它输出+5V电压，最大负载电流3A，内置自恢复保险功能，具有抗+5V对地短路能力。
电源插座用于接交流220V市电，插座内装有保险丝。
TEC-8运算器组成实验
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五、实验任务 1．用双踪示波器和逻辑测试笔测试节拍脉冲
信号T1、T2、T3。 2．对下述7组数据进行加、减、与、或运算。 ⑴A=0F0H, B=10H ⑸A=0FFH, B=0AAH ⑵A=10H, B=0F0H ⑹A=55H, B=0AAH ⑶A=03H, B=05H ⑺A=0C5H, B=61H ⑷A=0AH, B=0AH
8
它由2片GAL22V10组成，产生节拍脉冲T1、T2、 T3，节拍电位W1、W2、W3，以及中断请求信 号ITNQ。主时钟MF采用石英晶体振荡器产生的 1MHz时钟信号。T1、T2、T3的脉宽为1 µS。一 个机器周期包含一组T1、T2、T3。
当DP=1时，处于单微指令运行方式，每按一次 QD按钮，只产生一组T1、T2、T3；当DP=0时， 处于连续运行方式，每按一次QD按钮，开始连续 产生T1、T2、T3，直到按一次CLR按钮或者控制 器产生STOP信号为止。
5
数码管
交通灯 喇叭
逻辑笔
电源 指示 LOG
硬布线/独立/微程序转换
VGA 接口
微程序控制器 单片机
LED 显示
运算器
存储器
EPM7128
VCC GND
时钟源
电位 器
单脉冲
时序
操作 模式
数据开关
电平控制信号开关
TEC-8 北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
6
控制转换开关、指示灯 微命令指示灯
TEC-8 北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
9
TEC-8 北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
10
MF周期1μS，占空比50%，T1~T3的脉宽1μS。微指令周期3μS。
计算机组成原理实验指导书
TEC-4计算机组成原理实验系统TEC-4计算机组成原理实验系统由北京邮电大学计算机学院、清华大学同方教学仪器设备公司、深圳拓普威电子技术有限公司联合研制。
它是一个8位的计算机模型实验仪器，可用于大专、本科、硕士研究生计算机组成原理课程、计算机系统结构课程的教学实验。
该仪器将提高学生的动手能力，提高学生对计算机整体和各组成部分的理解，提高学生对计算机系统的综合设计能力。
一、TEC-4计算机组成原理实验系统特点1.计算机模型简单、实用，运算器数据通路、控制器、控制台各部分划分清晰。
2.计算机模型采用了数据总线和指令总线双总线体制，能够实现流水控制。
3.控制器有微程序控制器、硬联线控制器两种类型，每种类型又有流水和非流水两种方案。
4.寄存器堆由1片ispLSI1016组成，运算器由1片ispLSI1024组成，设计新颖。
5.实验台上包括了1片在系统编程芯片ispLSI1032，学生可用它实现硬联线控制器等多种设计。
6.该系统能做运算器组成、双端口存储器、数据通路、微程序控制器、中断、CPU组成与指令执行等六个基本教学实验。
7.该系统能完成流水微程序控制器、硬联线控制器、流水硬联线控制器等三个大型课程设计实验。
8.电源部分采用模块电源，重量轻，具有抗电源对地短路能力。
9.器件外部采用自锁紧累接接线方式，可靠性比面包板提高5倍。
图1 TEC-4计算机组成原理实验系统二、TEC-4计算机组成原理实验系统的组成TEC-4计算机组成原理实验系统由下述六部分组成：1.控制台2.数据通路3.控制器4.用户自选器件试验区5.时序电路6.电源部分下面分别对各组成部分予以介绍。
三、电源电源部分由一个模块电源、一个电源插座、一个电源开关和一个红色指示灯组成。
电源模块通过四个螺栓安装在实验台下面，它输出+5V电压，最大负载电流3A，内置自恢复保险功能，具有抗+5V对地短路能力。
电源插座用于接交流220V市电，插座内装有保险丝。
TEC-8数字逻辑实验
实验五 在系统编程实验1
计算机学院实验中心系统结构实验室
实验四 简单时序电路
实验内容:
1.双D构成的二进制计数器：按设计接线 ，将Q0，Q1，Q2，Q3复位；由时钟端CLK 输入单脉冲，记录输出状态；由时钟端 CLK输入连续脉冲，观测输出波形。 2.用74LS73构成一个二进制计数器，重做 内容1的实验。
计算机学院实验中心系统结构实验室
计算机学院实验中心系统结Leabharlann 实验室实验四 简单时序电路
实验提示: 74LS73引脚11是GND，引脚4是VCC。 D触发器74LS74是上升沿触发，JK触发器 74LS73是下降沿触发。
计算机学院实验中心系统结构实验室
实验四 简单时序电路
D触发器构成的二进制计数器实验电路:
计算机学院实验中心系统结构实验室
计算机学院实验中心系统结构实验室
实验四 简单时序电路
异步十进制计数器输出波形:
计算机学院实验中心系统结构实验室
实验四 简单时序电路
自循环计数器实验电路:
计算机学院实验中心系统结构实验室
实验四 简单时序电路
自循环计数器输出波形:
计算机学院实验中心系统结构实验室
实验四 简单时序电路
实验报告要求: 1.写出实验内容1中，用单次脉冲做计数脉 冲时，Q3，Q2，Q1，Q0的状态转移表； 画出连续时钟下Q3，Q2，Q1，Q0的波形 ； 2./Q3，/Q2，/Q1，/Q0构成计数器吗？如 果是，那么是递增还是递减？
计算机学院实验中心系统结构实验室
实验三 触发器
（2）在（1）的基础上，置CLR, PR引脚为 高电平，D(数据)引脚接电平开关输出， CP(时钟)引脚接单脉冲。在D为高电平和低 电平的情况下，分别按单脉冲按钮，观察 Q,Q′的值，记录下来。
计算机组成原理实验报告4
计算机组成原理实验报告实验项目存储器一、实验目的：1)理解计算机主存储器的分类及作用。
2)掌握TEC-CA实验台上的存储器器件的工作原理及读写方法。
二、实验原理：在TEC-CA开放式CPU实验教学系统实验台上，有2片静态存储器器件HM6116。
HM6116有8位数据总线和11位地址总线。
2片HM6116构成了2k X 16bits的静态存储器，与FPGA-CPU一起构成了能够运行测试程序的计算机。
图6-41是FPGA-CPU和2片HM6116连接示意图。
对于FPGA-CPU来说，实验台上的2片HM6116的CS是接地的，因此不需要对它们的CS 进行控制。
FPGA-CPU产生的16位存储器地址A15—A0只有11位地址A10—A0送往2片HM6116，其余5位地址A15—A11没有使用。
FPGA-CPU的16位存储器数据总线D15—D0和2片HM6116相连，1片HM6116的I/O7—I/O0接D7—D0，另1片HM6116的I/O7—I/O0接D15—D8。
FPGA-CPU 输出的存储器控制信号FWR直接送2片HM6116的WE；FWR在实验台经过一个反相器反相后送2片HM6116的OE。
因此FPGA-CPU只要在存储器地址总线A10—A0设置好地址，在数据总线D15—D0上送出被写数据，然后在FWR上产生一个负脉冲，就能将数据写入指定的存储器单元；只要在存储器地址总线A10—A0设置好地址，然后使FWR为高电平，就能在数据总线D15—D0上接收到从指定的存储器单元读出的数据。
三、实验步骤：（1）实验台设置成FPGA-CPU附加外部RAM运行模式“011”。
该调试模式要能够实现模拟FPGA-CPU对实验台存储器的存数、取数功能。
即REGSEL = 0、CLKSEL = 1、FDSEL = 1。
使用实验台上的单脉冲，即STEP_CLK短路子短接，短路子RUN_CLK断开。
由于当FDSEL=0时，指示灯D15—D0显示的是开关SD15—SD0的值，因此开关FDSEL必须为1。
计算机组成原理实验系统(学生用书)
计算机组成原理实验指导〔学生用书〕天津城建学院计算机系2003年9月第一节 TEC—4计算机组成原理实验系统TEC—4计算机组成原理实验系统由北京邮电大学计算机学院、清华同方教学仪器设备公司、深圳拓普威电子技术联合研制。
它是一个8位计算机模型实验系统，可用于大专、本科、硕士研究生计算机组成原理课程、计算机系统结构课程的教学实验，对提高学生的动手能力、提高学生对计算机整体和各组成局部的理解、提高学生的计算机系统综合设计能力都会有很大帮助。
一、TEC—4计算机组成原理实验系统特点1．计算机模型简单、实用，运算器数据通路、控制器、控制台各局部划分清晰。
2．计算机模型采用了数据总线和指令总线双总线体制，能够实现流水控制。
3．控制器有微程序控制器或者硬布线控制器两种类型，每种类型又有流水和非流水两种方案。
4．存放器堆由1片ispLSI1016组成，运算器由1片ispLSI1024组成，设计新颖。
5．实验台上包括了1片在系统编程芯片ispLSI1032，学生可用它实现硬布线控制器。
6．该系统能做运算器组成、双端口存储器、数据通路、微程序控制器、中断、CPU组成与机器指令执行、流水微程序控制器、硬布线控制器、流水硬布线控制器等多种实验。
7．电源局部采用模块电源，重量轻，具有抗电源对地短路能力。
8．采用自锁紧累接接线方式，接线可靠。
二、TEC—4计算机组成原理实验系统的组成TEC—4计算机组成原理实验系统由下述六局部组成：1．控制台2．数据通路3．控制器4．用户自选器件试验区5．时序电路6．电源局部下面分别对各组成局部予以介绍。
三、电源电源局部由一个模块电源、一个电源插座、一个电源开关和一个红色指示灯组成。
电源模块通过四个螺栓安装在实验台下面。
它输出+5V电压，最大负载电流3安培,内置自恢复保险功能,具有抗+5V对地短路能力。
电源插座用于接交流220伏市电，插座内装有保险丝。
电源开关用于接通或者断开交流220伏市电。
TEC-8计算机组成实验及习题
TEC-8实验系统
三、模型计算机组成（数据通路） TEC-8的数据通路采用了数据总线和指令总 线双总线形式。它还使用了大规模在系统 编程器件作为寄存器堆，使得设计简单明 了，可修改性强。 图1.2是数据通路总体图，下面介绍图中各 个主要部件的作用。
TEC-8实验系统
1、时序发生器 时序发生器产生计算机模型所需的时 序和数字逻辑实验所需的时钟。时序电路 由一个1MHz晶振、2片GAL22V10(U64、 U66)、一片74LS390(U65)组成。根据本机 设计，执行一条微指令需要3个节拍脉冲T1、 T2、T3执行一条机器指令需要三个节拍电 位W1、W2、W3，因此本机的基本时序如 下：
五、开关、按钮、指示灯
为了在实验过程中观察各种数据， TEC-8实验系统设置了大量的指示灯。
TEC-8实验系统
实验一 运算器组成实验 实验二 双端口存储器实验 实验三 数据通路实验 实验四 微程序控制器实验 见实验指导书
操作模式开关： • SWC/SWB/SWA 单微指令/连续运行 方式开关 DP(=1,朝上：单微指令)
TEC-8实验系统
9．硬连线控制器 硬连线控制器由1片可编程器件CPLD 组成，产生TEC-8模型计算机所需的各种控 制信号。
TEC-8实验系统
10．控制信号切换电路 控制信号切换器由7片74LS244和1个 三刀转换开关组成。拨动一次转换开关， 就能够实现一次控制信号的切换。当转换 开关拨到朝上位置时，硬连线控制器灯亮， TEC-8模型计算机使用硬连线控制器产生的 控制信号；当转换开关拨到中间位置时， TEC-8模型计算机各个部件独立，控制信号 需要通过开关来控制；当转换开关拨到朝 下位置时，TEC-8模型计算机使用微程序控 制器产生的控制信号。
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地址寄存器AR由1片GAL22V10组成，向RAM的左端口提供存储 器地址AR7~0 。当信号LAR为1时，在T3的上升沿，数据总线上的 数D7~0写入AR。当信号ARINC为1时，在T3的上升沿，完成AR加 1.
电平 开关
MBUS
K15
LAR MEMW
K10 K11
LPC
K12
ARINC PCINC PCADD
GND GND GND
实验任务
将实验电路与控制台的有关信号进行线路连接，方 法同前面的实验。
接好线后,将编程开关拨到“正常”位置,控制转换 开关拨到“独立”位置，合上电源,按CLR#按钮,使 TEC-8实验系统处于初始状态。
SWC—SWA
K15-K0 IR7—IR4
Z C CLR# T3
IR3—IR0 W3—W1
IR7—IR4
SEL3—SEL0 IRBUS
INTP SHORT
LONG
INTDI
INTEN
DP
STOP
QD
MF CLR#
TEC-8 模型计算机框图
时序发生器
时钟源，时序脉冲产生和译码电路，时序启停逻辑 等；
四 微程序控制器组成实验
⑴掌握微程序控制器的原理 ⑵掌握TEC-8模型计算机中微程序控制器的
实现方法，尤其是微地址转移逻辑的实现 方法。 ⑶理解条件转移对计算机的重要性。
ZC
数据总线 DBUS
INS7—INS0
M S0
ABUS
S1 S2
ALU
LDC
S3
LDZ
CIN A端口
B端口
T3
MBUS MEMW
将数据写往寄存器R0~R3。 将寄存器R0~R3中的数据写入存储器。 从存储器中读出数据存到寄存器中，再送入运算
器进行运算，将运算结果存回存储器。
实验要求
做好实验预习，掌握实验电路的数据通路特 点和通用寄存器堆的功能特性。
写出实验报告，内容： 实验目的 详细的实验步骤，记录实验数据。 其他值得讨论的问题。
INTEN
DP
STOP
QD
MF CLR#
TEC-8 模型计算机框图
TEC-8模型计算机指令系统
TEC-8 北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
35
名称
加法 减法
助记符
ADD Rd, Rs SUB Rd, Rs
功能
Rd ← Rd + Rs Rd ← Rd - Rs
指令格式
IR(7-4) IR(3-2) IR(1-0)
T3
控制信号
AR7—AR0
CLR#
LAR ARINC
AR
T3
DBUS
LIAR IABUS
T3
IAR
PC7—PC0
PC7—PC0
CLR#
PCADD
PC
LPC
PCINC
T3
IR3—IR0 IRBUS
LIR
IR
T3
控制信号切换电路
控制转换
RD0 RD1 RS0 RS1
T1
数据开关 SD7—SD0
时序发生器
DBUS ALU A、B C Z PC 、AR、IR、INS
ZC
数据总线 DBUS
INS7—INS0
M S0
ABUS
S1 S2
ALU
LDC
S3
LDZ
CIN A端口
B端口
T3
MBUS MEMW
T2
D7L—D0L
D7R—D0R
双端口RAM
A7L—A0L
A7R—A0R
2—4译码器
RD1
LR0
LR1
RD0
性及使用方法。 了解半导体存储器怎样存储和读出数据。 了解双端口存储器怎样并行读写，产生冲突
的情况如何。
TEC-8 北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
23
双端口存储器实验电路分析
IDT7132的左右两个端口有独立的总线及控制信号： CE#、R/W#和 OE#。左端口为读、写端口，当MEMW为1时，在T2上升沿将 DBUS上的D7~0写入AR7~0指定的存储单元；当MBUS信号为1时， 指定的存储单元的数送DBUS；右端口为只读方式，从PC7~0指定的 存储单元读出指令INS7~0，送往指令寄存器IR。
运算器
存储器
EPM7128
VCC GND
时钟源
电位 器
单脉冲
时序
操作 模式
数据开关
电平控制信号开关
TEC-8实验系统简介
控制转换开关、指示灯
微命令指示灯
双端口寄存器 组7064
微程序控制器E2PROM 单片机89S52
P字段、微地址
编程开关、
指示灯
指示灯、复位、插座
运算器74LS181
双端口RAM7132
目录
TEC-8实验系统简介 运算器组成实验 双端口存储器实验 数据通路实验 微程序控制器实验 CPU组成与机器指令的执行 中断原理实验
TEC-8 实验系统简介
TEC-8实逻验辑系笔 统简介
电源 指示 LOG
数码管
硬布线/独立/微程序转换
VGA 接口
微程序控制器
交通灯 喇叭
单 片机
LED 显示
提供CPU周期所需的时序信号，取指并执行指令。
提供数据通路和控制器各寄存器所需的节拍脉冲信 号T1、T2、T3，以及中断请求信号ITNQ.
W1、W2、W3位节拍电位信号供硬连线控制器使用。
单微指令开关DP控制节拍脉冲信号T1、T2、T3的数 目。当DP朝上时，处于单微指令运行方式，每按一 次QD按钮，只产生一组T1、T2、T3；当DP朝下时， 处于连续运行方式，每按一次QD按钮，开始连续产 生T1、T2、T3，直到按一次CLR按钮或者控制器产 生STOP信号为止。
LR2
LR3
R0
DBUS
A7—A0
4选1
RD0
选择器A
RD1
LR0 DRW
T3
LR1
R1 DRW
T3
SWD SBUS
B7—B0
4选1
RS0
选择器B
RS1
LR2
LR3
R2 DRW R3 DRW
T3
T3
控制信号
AR7—AR0
CLR#
LAR ARINC
AR
T3
DBUS
LIAR IABUS
T3
IAR
PC7—PC0
实验设备
TEC-8计算机组成原理实验系统1台； TDS1001数字存储示波器1台；
一 运算器组成实验
实验目的: ⑴熟悉逻辑测试笔的使用方法。 ⑵熟悉TEC-8模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3； ⑶熟悉双端口通用寄存器组的读写操作； ⑷熟悉运算器的数据传送通路； ⑸验证74LS181的加、减、与、或功能； ⑹按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算
74LS181 ALU算数/逻辑运算功能表
实验要求
做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及 其功能特性，熟悉实验中所用模拟开关的作用 和使用方法。
写出实验报告，内容： 实验目的 实验任务的数据表格，控制信号模拟开关值，
运算结果。
二 双端口存储器原理实验
实验目的： 了解双端口静态随机存储器IDT7132的工作特
0001
Rd
Rs
0010
Rd
Rs
逻辑与
AND Rd, Rs Rd ← Rd and Rs
0011
Rd
Rs
加1
INC Rd
Rd ← Rd + 1
0100
Rd
XX
取数
LD Rd, [Rs]
Rd ← [Rs]
0101
Rd
Rs
存数
ST Rs, [Rd]
Rs → [Rd]
0110
Rd
Rs
C条件转移 Z条件转移
T2
T3
W1
W2
W3 INTQ
A组控制信号
微程序控制器
独立
B组控制信号
硬连线控制器
2选1选择器 SELCTL
Z C CLR# T3
SWC—SWA
K15-K0 IR7—IR4
Z C CLR# T3
IR3—IR0 W3—W1
IR7—IR4
SEL3—SEL0 IRBUS
INTP SHORT
LONG
INTDI
SWC、SWB、SWA确定的TEC-8的操作模式如图：
操作模式
实验功能
000
启动程序运行
001
写存储器
010
读存储器
011
读寄存器
100
写寄存器
101
运算器组成实验
110
双端口存储器实验
111
数据通路实验
微程序控制数据通路实验流程图
逻辑测试笔
TTL/CMOS逻辑测试笔 测试TTL/CMOS逻辑高(H)低(L)电平； 测试连续脉冲( )； 单次脉冲计数器(D)；
K6 K7 K8 K9 K10 K11
数据 通路
ABUS SBUS
CIN
MBUS
指示灯 K12 K13 K14 GND
实验任务
将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。 接好线后,将编程开关拨到“正常”位置,控制转换