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1、北京邮电大学北京邮电大学 计算机学院实验中心计算机学院实验中心 系统结构实验室系统结构实验室 20142014年年3 3月月TEC-8TEC-8实验系统简介实验系统简介运算器组成实验运算器组成实验 双端口存储器实验双端口存储器实验 数据通路实验数据通路实验 微程序控制器实验微程序控制器实验 CPUCPU组成与机器指令的执行组成与机器指令的执行 中断原理实验中断原理实验TEC-8TEC-82北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室 TEC-8TEC-8北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室3TEC-
2、8 实验系统简介TEC-8TEC-8北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室4数码管数码管逻辑笔逻辑笔硬布线硬布线/ /独立独立/ /微程序转换微程序转换VGAVGA 接口接口电源电源 指示指示LOGLOG微程序控制器微程序控制器 单片机单片机交通灯交通灯喇叭喇叭LEDLED 显示显示运算器运算器存储器存储器EPM7128EPM7128VCCVCC GNDGND时钟源时钟源电位电位 器器单脉冲单脉冲时序时序操作操作 模式模式数据开关数据开关电平控制信号开关电平控制信号开关TEC-8TEC-8北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学
3、计算机学院实验中心系统结构实验室5微命令指示灯微程序控制器E2PROM单片机单片机89S5289S52双端口寄存器双端口寄存器 组组70647064运算器运算器74LS18174LS181双端口双端口RAM7132RAM7132控制转换开关、指示灯编程开关、 指示灯、复位、插座P字段、微地址 指示灯DBUSALU A、B PC 、AR、IR、INSC ZTEC-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 ；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
4、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。基本时序波形MF周期1S，占空比50%，T1T4的脉宽1S。微指令周期4S 。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， T
5、EC-8使用微程序控制器产生的控制信号。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)；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:熟悉逻辑测试笔的使用方法。熟悉TEC-8模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3；熟
6、悉双端口通用寄存器组的读写操作；熟悉运算器的数据传送通路；验证74LS181的加、减、与、或功能；按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算 运算。14运算器组成实验电路分析 双端口寄存器组由双端口寄存器组由1 1片片EPM7064EPM7064组成，内部包含组成，内部包含4 4 个个8 8位寄存器位寄存器R R0-30-3，4 4选选1 1选择器选择器A A、B B和和1 1个个2-42-4译码器译码器 。根据信号。根据信号RDRD1-01-0的值选择寄存器送往的值选择寄存器送往ALUALU的的A A端口端口 ，根据信号，根据信号RSRS1-01-0的值选择寄存器送往的值选择寄存器送往ALU
7、ALU的的B B端口端口 ，当，当DRWDRW信号为信号为1 1时，则在时，则在T3T3的上升沿，将数据总的上升沿，将数据总 线线DBUSDBUS上的数写入相应寄存器。上的数写入相应寄存器。 ALU ALU由由2 2片片74LS18174LS181、1 1片片74LS7474LS74、1 1片片74 LS 24474 LS 244、 1 1片片74 LS 24574 LS 245和和1 1片片74LS3074LS30构成。构成。74LS18174LS181完成算术完成算术 逻辑运算，加法和减法同时影响逻辑运算，加法和减法同时影响C C标志和标志和Z Z标志，与标志，与 操作和或操作只影响操作和
8、或操作只影响Z Z标志。标志。 参考连线：数据 通路RD0RD1RS0RS1DRW电电平 开关K0K1K2K3K4数据 通路LDCLDZS0S1S2S3M电电平 开关K5K6K7K8K9K10 K11数据 通路ABUSSBUSCINMBUS指示灯K12K13K14GND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SW7SW0向通用寄存器堆的R0R3寄存器 置数。验证ALU的正逻辑算术运算验证逻辑运算功能。74LS181 ALU算数/逻辑运算功能表实验
9、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-8TEC-8北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室24双端口存储器实验电路分析IDT7132IDT7132的左右两个端口有独立的总线及控制信号：的左右两个端口有独立的总线及控制信
10、号： CE#CE#、R/W#R/W#和和 OE#OE#。左端口为读、写端口，当。左端口为读、写端口，当MEMWMEMW为为1 1时，在时，在T2T2上升沿将上升沿将 DBUSDBUS上的上的D D7070写入写入ARAR7070指定的存储单元；当指定的存储单元；当MBUSMBUS信号为信号为1 1时，指时，指 定的存储单元的数送定的存储单元的数送DBUSDBUS；右端口为只读方式，从；右端口为只读方式，从PCPC7070指定的存指定的存 储单元读出指令储单元读出指令INSINS7070，送往指令寄存器，送往指令寄存器IRIR。 程序计数器程序计数器PCPC由由2 2片片GAL22V10GAL2
11、2V10组成。向组成。向RAMRAM的右端口提供存储的右端口提供存储 器地址。器地址。 当信号当信号LPCLPC为为1 1时，在时，在T3T3的上升沿，将的上升沿，将DBUSDBUS上的数上的数D D7070写写 入入PCPC；当信号；当信号PCINCPCINC为为1 1时，在时，在T3T3的上升沿，的上升沿，PCPC加加1 1；当；当PCADDPCADD信信 号为号为1 1时，时，PCPC和和IRIR中的转移偏量相加，在中的转移偏量相加，在T3T3的上升沿，将相加得到的上升沿，将相加得到 的和写入的和写入PCPC。 地址寄存器地址寄存器ARAR由由1 1片片GAL22V10GAL22V10组
12、成，向组成，向RAMRAM的左端口提供存储的左端口提供存储 器地址器地址ARAR7070 。当信号。当信号LARLAR为为1 1时，在时，在T3T3的上升沿，数据总线上的数的上升沿，数据总线上的数D D7070写入写入ARAR。当信号。当信号ARINCARINC为为1 1时，在时，在T3T3的上升沿，完成的上升沿，完成ARAR加加1. 1.参考连线：数据 通路SBUSLARARINCMEMWMBUS电电平 开关K0K1K2K3K4数据 通路LPCPCINCPCAD DLIR电电平 开关K5K6K7K8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
13、“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。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
14、问题的能力，在出现故障 的情况下，独立分析故障现象并排除故障。TEC-8TEC-8北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室30参考连线：数据 通路ABUSSBUSRD0RD1RS0RS1DRW电电平 开关K13K14K0K1K2K3K4数据 通路S0S1S2S3MLDCLDZ电电平 开关K5K6K7K8K9VCCVCC数据 通路MBUS LARMEMWLPCARINCPCINCPCADD电电平 开关K15K10K11K12GNDGNDGND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
15、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R0R3。 将寄存器R0R3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。四 微程序控制器组成实验掌握微程序控制器的原理掌握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。理解条件转移对计算机的重要性。TEC-8 模型计算机框图TEC-8TEC-8北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室36TEC-8TEC-8北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室37名称助记符功 能指令格式IR(7-4)IR(3-2)IR(1-0) 加法ADD Rd, RsRd Rd + Rs0001RdRs减法SUB Rd, RsRd Rd - Rs0010RdRs逻辑与AND Rd, RsRd Rd and Rs0011RdRs加1INC RdRd Rd + 10100RdXX取数LD Rd
