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
TEC-8 北京邮电大学计算机学院试验中心系统构造试验室
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
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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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。
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数据 通路
电平 开关
数据 通 路
电平 开 关
RD0
K0
LDC
K5
参考连线：
RD1
RS0
RS1
DRW
K1
K2
K3
K4
LDZ
S0
S1
S2
S3
M
K6
K7 K8 K9 K10 K11
数据 通路 ABUS
指示灯 K12
SBUS
K13
CIN
K14
MBUS
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。
TEC-8
北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
3
TEC-8实验系统简介
逻辑笔 数码管
硬布线/独立/微程序转换
电源指 示
LOG
VGA 接口
交通灯 喇叭
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
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、逻辑运算运算。
PCINC
T3
IR3—IR0 IRBUS
LIR
பைடு நூலகம்
IR
T3
控制信号切换电路
控制转换
RD0 RD1 RS0 RS1
数据开关 SD7—SD0
T1
T2
T3
W1
时序发生器
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
计算机组成原理实验
北京邮电大学 计算机学院实验中心
系统结构实验室 2014年3月
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
北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
2
TEC-8 实验系统简介
74LS181 ALU算数/逻辑运算功能表
实验要求
5
ZC
数据总线 DBUS
INS7—INS0
M S0 S1 S2 S3
CIN
A端口
ALU
B端口
ABUS LDC LDZ T3
MBUS MEMW
T2
D7L—D0L
D7R—D0R
双端口RAM
A7L—A0L
A7R—A0R
RD1 RD0
2—4译码器
LR0 LR1 LR2 LR3
R0
DBUS
SWD
SBUS
A7—A0
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，TEC-8使用微程序控制器产生的控制信号。
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。
14
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。
4
TEC-8实验系统简介
双端口寄存器组 7064
运算器74LS181
控制转换开关、指示灯
微命令指示灯
微程序控制器E2PROM
单片机89S52
DBUS
P字段、微地址指示灯
编程开关、 指示灯、复位、插座
双端口RAM7132
ALU A、B C Z
PC 、AR、IR、INS
TEC-8
北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
• SWC、SWB、SWA确定的TEC-8的操作模式如图：
操作模式 000 001 010 011 100 101 110 111
实验功能 启动程序运行
写存储器 读存储器 读寄存器 写寄存器 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)；
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 ； • 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
4选1 选择器A
RD0 RD1
LR0 DRW
T3
LR1
R1
DRW
T3
B7—B0
4选1 选择器B
RS0 RS1
LR2
LR3
R2
DRW
R3
DRW
T3
T3
控制信号
AR7—AR0
CLR# LAR ARINC
T3
AR
DBUS
LIAR IABUS
T3
IAR
PC7—PC0
PC7—PC0
CLR#
PCADD
PC
LPC