TEC-XP实验机(计算机组成原理,接口技术)

一．实验计算机的组成 (1)

1.硬件组成： (1)

(1)运算器： (2)

(2)控制器： (2)

(3)存储器： (3)

(4)总线： (3)

(5)输入设备： (4)

(6)输出设备： (4)

（7）TEC-XP教学机串行接口： (4)

（8）扩展： (4)

2.软件组成 (4)

(1)监控程序Monitor： (4)

(2)交叉汇编程序ASEC： (5)

二．实验计算机的工作原理 (5)

三．实验 (5)

实验一.基础汇编语言程序设计 (5)

实验二.脱机运算器实验 (6)

实验三.组合逻辑控制器实验 (6)

实验四.存储器实验 (7)

实验五.微程序控制器实验 (8)

四．部分重要芯片 (9)

Am2910ADC (9)

HN58C65P-25 (11)

74LS377 (12)

74LS139 (13)

HM6116LP-3 (16)

一．实验计算机的组成

本次实验采用的是TEC-XP实验机。TEC-XP机是一台软、硬件相对完整、配置小巧合理的完整计算机系统。机器有运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等计算机完整要素。TEC-XP的组成可分为硬件组成和软件组成。

1.硬件组成：

实验机的硬件由总线将“运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备”五大设备连接组成。TEC-XP机的基本系统做在了2块印刷电路板上。全部线路芯片均以芯片插座与线路板连接；逻辑线路按功能部件划分在印制板的不同区域；主板上安装有一定数量的开关、按键与指示灯；线路板上布有适当的量测孔，一定数量的跳线夹，用以人为设置机器故障或变

更设计。实验机的机器字长16位, 运算器、主存、数据总线、地址总线都是16位。

系统配置了两个不同实现方案的CPU系统，一个CPU沿袭传统的设计思路，由中小规模的器件组成；另一个CPU用大规模的FPGA器件设计实现。

下面介绍TEC-XP机硬件的关键几大部件：

(1)运算器：

实验计算机的运算器的位数为16位，由4片4位的AM2901芯片级连构成，片间用串行进位方式传递进位信号。除外还有两片Gal20V8，分别构成状态寄存器和移位寄存器，运算器的输出，既可通过地址寄存器AR加到地址总线上，也可以通过三态控制门送到内部数据总线上。ALU实现8种算术与逻辑运算功能。其内部包括16个双端口读出、单端口写入的通用寄存器（16位）, 和一个能自行移位的乘商寄存器。运算器还设置了C（进位）、Z（结果为0）、V（溢出）和S（符号位）四个状态标志位。

运算器内除算术逻辑运算器之外，还包括16个工作寄存器（以R0～R15标记），其中R0～R3，R8～R15为一般工作寄存器，用于存放临时数据或地址，R4用作堆栈指针寄存器SP，R5为程序计数器PC，用于记录下一条待执行指令的地址，R6用作当前指令指针寄存器IP，R7为单步操作专用寄存器。

(2)控制器：

控制器采用微程序和硬布线两种控制方案实现，可由实验者自由选择。控制器的指令系统支持多种基本寻址方式。其中一部分指令已实现，用于设计监控程序和用户的常规汇编程序，尚保留多条指令供实验者自己实现。实验人员可方便地修改已有设计，或加进若干条自己设计与实现的新指令，新老指令同时运行。

控制器的基本功能是将待执行的指令码由主存储器取至指令寄存器，并完成相应指令的执行。控制部件由指令寄存器、地址映射器、微程序定序器、控制存储器、微指令寄存器和指令写入寄存器等组成。控制器的主要部件有：

1.微程序控制存储器：

微程序控制存储器由2片58C65芯片（记作CM1、CM0）和MACH器件内部的一些电路组成。用于存放48位字长微指令构成的微程序。用于存放TEC-XP机48位字长微指令构成的的微程序。48位字长微指令由16位的下地址字段（来自CM1、CM0 ）和32位的微命令字段（来自MACH ）组成。需要注意的是，TEC-XP机微控制存储器的字长是48位，只使用8位地址寻址。

2.微指令寄存器：

微指令寄存器由1片8位的寄存器芯片74 LS374和1片74LS273及MACH（32位）组成。用以存放当前微指令的内容（48位）。微指令寄存器的输出直接用于驱动相应的硬件电路。

3.微程序定序器：

微程序定序器AM2910芯片是控制器的核心，其功能是依据机器的运行状态与当前微指令的有关内容等，正确形成下一条微指令的地址，以保证微程序按要求，自动地逐条衔接执行。

4.程序计数器PC和当前指令地址寄存器IP、指令寄存器IR：

控制器还包括一个程序计数器PC和当前指令地址寄存器IP，在TEC-XP机中它们是用运算器中通用寄存器组里的R5、R6代替的，只需通过运算器中的A地址和B地址端口予以正确指定即可。指令寄存器IR：用于存放当前正执行的指令内容，它是由主存储器取出经外部数据线DB和内部数据线IB传送来的机器指令码（16位）。

存储器的容量为10KW，由RAM和ROM构成。

ROM的容量为8KW，由4片58C65(28C64）芯片组成，用于存放系统监控程序。地址0-1FFFFH之间。

RAM的容量为2KW，由2片6116芯片组成，用于存放用户程序和数据。地址2000H-3FFFH 之间。

ROM、RAM均可以进行8位或16位操作。存储器还还配置了另外2片存储器芯片的器件插座，可以方便地完成对16位字长的内存储器的容量扩展实验。

对ROM存储区可以选用紫外线擦除（27系列）或电擦除（28系列）的存储器芯片实现。

(4)总线：

总线由16位地址线和16位数据线及其它控制信号、状态信号构成。

地址总线：其输入信号均由地址寄存器发出，地址寄存器只能接收来自运算器的运算结果信号。地址总线的输出可送往：

①主存储器；

②各外设的I/O接口，如串行接口、并行接口等；

③微程序控制存储器，供用户通过LDMC指令向微程序控制存储器装入用户自己设计的微指令。

①供驱动点燃发光二极管器件，以便于用户随时查看地址总线的当前内容。

数据总线：数据总线分为内部数据总线IB（在CPU一方）与外部数据总线DB（在主存与外设接口一方），它们之间通过2片8位的双向三态驱动器74LS245连接。三态门上有两个控制信号，/MIO用于片选，当其为低电平时，三态门处于工作状态，否则，使内部数据总线IB与外部数据总线DB在逻辑上断开；/WE用于决定数据的传送方向，为低电平时，数据从内部总线传向外部总线，为高电平时，数据则从外部传向内部总线。

内部数据总线IB的输入信号来源：

①16个钮子开关：用于手拨方式输入数据或地址，通过信号控制两片74LS244（SWD1和SWD2）实现。

②运算器的16位输出：通过信号YTOIB控制两片74LS244（RES1和RES2）实现（逻辑图一上方）。

③外部数据总线传送来的数据：通过MIO和WE控制两片74LS245（DIO1和DIO2）实现（逻辑图一右方）。

④处理机状态字（C、Z，V，S）4个标志位，通过信号FTOIB控制1片74LS244（STRD）实现逻辑图一上左方）。

⑤指令寄存器的低位字节（I/O端口地址或相对寻址的位移量），通过信号控制两片74LS244（IRD1和IRD2）实现（逻辑图一中间）。

所有这些输入都是通过三态门实现控制的。

内部数据总线IB的信号可送到如下部件：

①运算器2901的16位D输入端。

②外部数据总线DB。

③指令寄存器IR15-0，通过控制。