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...................................................................................................................11.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：.....................................................................................................................42.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.........................................................................................................................9Am2910ADC............................................................................................................................9HN58C65P-25.........................................................................................................................1174LS377..................................................................................................................................1274LS139..................................................................................................................................13HM6116LP-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74LS374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）。(3)存储器：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