TEC-8计算机组成原理实验北邮

T2
D7L—D0L
D7R—D0R
双端口RAM
A7L—A0L
A7R—A0R
2—4译码器
RD1
LR0
LR1
RD0
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
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)；
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
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
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
JC addr JZ addr
C=1，则 PC←@ + offset
Z=1，则 PC←@ + offset
0111 1000
offset offset
无条件转移 JMP [Rd]
PC ← Rd
1001
Rd
XX
输出
OUT Rs
DBUS ← Rs
1010
XX
Rs
中断返回
IRET
返回断点
1011
XX
XX
关中断
基本时序波形
MF T1 T2 T3 W1 W2 W3
MF周期1μS，占空比50%，T1~T4的脉宽1μS。微指令周期4μS。
TEC-8 控制操作模式
控制信号切换器实现控制信号的切换。转换开关拨到朝上位置时 ，TEC-8使用硬连线控制器产生的控制信号；拨到中间位置TEC-8 各部件独立，控制信号通过开关来控制；拨到朝下位置时，TEC8使用微程序控制器产生的控制信号。
参考连线：
数据 通路
电平 开关
SBUS
K0
LAR ARINC MEMW MBUS
K1 K2 K3 K4
数据 通路
LPC
PCINC
PCAD D
LIR
电平 开关
K5
K6 K7 K8
实验任务
按电路图将有关信号和二进制开关对应接好。 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。 向存储器的10H、20H 、 21H 、 22H单元写入55H 、AAH 、 10H 、 20H。 使用双端口存储器的左、右端口，依次读出RAM中 的内容，观察结果是否正确。 双端口存储器的并行读写和访问冲突测试。
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
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
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。 用开关SW7~SW0向通用寄存器堆的R0~R3寄存器 置数。 验证ALU的正逻辑算术运算 验证逻辑运算功能。
运算。
13
运算器组成实验电路分析
双端口寄存器组由1片EPM7064组成，内部 包含4个8位寄存器R0-3，4选1选择器A、B和 1个2-4译码器。根据信号RD1-0的值选择寄存 器送往ALU的A端口，根据信号RS1-0的值选 择寄存器送往ALU的B端口，当DRW信号为1 时，则在T3的上升沿，将数据总线DBUS上的 数写入相应寄存器。
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
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
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
实验要求
做好实验预习，掌握IDT7132双端口存储器 的功能特性及使用方法。
写出实验报告，内容： 实验目的 实验任务的数据表格，检测结果。
三 数据通路组成实验
进一步熟悉计算机的数据通路； 将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块联
机； 掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排
除故障的一般原则和方法； 锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障
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
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
的情况下，独立分析故障现象并排除故障。
TEC-8 北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
百度文库
29
参考连线：
数据 通路
ABUS SBUS
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
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
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
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
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
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；
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
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)
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。
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。
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。
DI
禁止中断
1100
XX
XX
开中断
EI
允许中断
1101
XX
XX
程序计数器PC由2片GAL22V10组成。向RAM的右端口提供存储 器地址。 当信号LPC为1时，在T3的上升沿，将DBUS上的数D7~0 写入PC；当信号PCINC为1时，在T3的上升沿，PC加1；当PCADD 信号为1时，PC和IR中的转移偏量相加，在T3的上升沿，将相加得 到的和写入PC。
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.
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。