計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 院： 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)：專心-專注-專業(yè)1、TEC-XP機(jī)簡介 TEC-XP教學(xué)機(jī)是一臺(tái)軟、硬件相對(duì)完整、配置小巧合理的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1教學(xué)機(jī)系統(tǒng)配置了兩個(gè)不同實(shí)現(xiàn)方案的CPU系統(tǒng)，一個(gè)CPU沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，和當(dāng)前主流的教材配套，由中小規(guī)模的器件組成；另一個(gè)CPU參考國外著名大學(xué)的設(shè)計(jì)思路用大規(guī)模的FPGA器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。2教學(xué)機(jī)的機(jī)器字長16位，即運(yùn)算器、主存、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是16位。指令系統(tǒng)支持多種基本尋址方式。其中一部分指令已實(shí)現(xiàn)，用于設(shè)計(jì)監(jiān)控程序和用戶的常規(guī)匯編程序，尚保留多條指令供實(shí)驗(yàn)者自己實(shí)現(xiàn)。3主存最大尋址

2、空間是18K字，由基本容量為8K（字節(jié)或16位的字）的ROM和2K（字節(jié)或16位的字）的RAM存儲(chǔ)區(qū)域組成。還可以進(jìn)一步完成存儲(chǔ)器擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。原理上講，主時(shí)鐘脈沖的頻率可在幾百KHz近2MHz之間選擇。4運(yùn)算器由4片位片結(jié)構(gòu)器件級(jí)聯(lián)而成，片間用串行進(jìn)位方式傳遞進(jìn)位信號(hào)。ALU實(shí)現(xiàn)8種算術(shù)與邏輯運(yùn)算功能，內(nèi)部包括16個(gè)雙端口讀出、單端口寫入的通用寄存器，和一個(gè)能自行以為的乘商寄存器。設(shè)置C（進(jìn)位）、Z（結(jié)果為0）、V（溢出）和S（符號(hào)位）四個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位。5控制器采用微程序和硬布線兩種控制方案實(shí)現(xiàn)，可由實(shí)驗(yàn)者自由選擇。實(shí)驗(yàn)人員可方便地修改已有設(shè)計(jì)，或加進(jìn)若干自己設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的新指令，新老指令同時(shí)

3、運(yùn)行。6主機(jī)上安裝有兩路INTEL8251串行接口，一路出廠時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，可直接接計(jì)算機(jī)終端，或接入一臺(tái)PC機(jī)作為自己的仿真終端；另一路保留學(xué)生擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。選用了MAX202倍壓線路，以避免使用+12V和-12V電源。7在主板的右下方，配置了完成中斷教學(xué)實(shí)驗(yàn)的全套線路，可以實(shí)現(xiàn)三級(jí)中斷和中斷嵌套。8系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式，可以單步/連續(xù)運(yùn)行主存儲(chǔ)器的指令或程序，也可以執(zhí)行一條或若干條通過數(shù)據(jù)開關(guān)手動(dòng)置入的指令。9主板上設(shè)置數(shù)據(jù)開關(guān)和微型開關(guān)、按鍵和指示燈，支持最低層的手工操作方式的輸入/輸出，通過指示燈來顯示重要的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)的狀態(tài)，可以完成及其調(diào)試和故障診斷。板上還有支持教學(xué)實(shí)驗(yàn)用的一定數(shù)量的跳

4、線夾。2、TEC-XP實(shí)驗(yàn)機(jī)的硬件組成21運(yùn)算器運(yùn)算器中配置了兩組獨(dú)立的8位字長的運(yùn)算器，各自由2片位片結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器器件組成；還有四位的狀態(tài)標(biāo)志寄存器和教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的相關(guān)邏輯部件。全部的算術(shù)與邏輯運(yùn)算均在這里完成；還完成幾種尋址方式的實(shí)際地址計(jì)算；它也是主要的數(shù)據(jù)、地址傳送的通路。22控制器控制器分別用微程序方式與硬布線方式兩種方案實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)者可以方便地選擇使用其中任何一種。這能方便地比較兩種控制器各自的優(yōu)缺點(diǎn)，和設(shè)計(jì)過程的相同的、不同的步驟與方法。在選用器件時(shí)，微程序方案中選用了美國AMD公司的微程序定序器Am2901芯片，保證微程序設(shè)計(jì)的規(guī)范與實(shí)用性；控存體選用只讀存儲(chǔ)器（ROM）芯片，通

5、過對(duì)該ROM的編程寫入方式支持動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)。硬布線方案中，節(jié)拍邏輯與時(shí)序控制信號(hào)形成部件（組合邏輯線路）選用了GAL20V8現(xiàn)場可編程器件和Macro Array CMOS High density（簡寫為MACH）器件，這對(duì)簡化控制器的邏輯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。23存儲(chǔ)器在教學(xué)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器部件設(shè)計(jì)中，出于簡化和容易實(shí)現(xiàn)的目的，選用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)存儲(chǔ)器系統(tǒng)，包括了唯讀存儲(chǔ)區(qū)（ROM，存放監(jiān)控程序等）和隨讀寫存儲(chǔ)區(qū)（RAM）兩部分，ROM存儲(chǔ)區(qū)選用4片長度8位、容量8KB的芯片實(shí)現(xiàn)，RAM存儲(chǔ)區(qū)選用2片長度8位、容量2KB的芯片實(shí)現(xiàn)，每2個(gè)8位的芯片合成一組用于組成16位長度的內(nèi)存字，6個(gè)

6、芯片被分成3組，其地址空間分配關(guān)系是：0-1777h用于第一組ROM，固化監(jiān)控程序，2000-2777h用于RAM，保存用戶程序和用戶數(shù)據(jù)，其高端的一些單元作為監(jiān)控程序的數(shù)據(jù)區(qū)，第二組ROM的地址范圍可以由用戶選擇，主要用于完成擴(kuò)展內(nèi)存容量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。24總線在教學(xué)計(jì)算機(jī)總線部件設(shè)計(jì)中，選用單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線都比較簡單，保證教學(xué)機(jī)的正常運(yùn)行并體現(xiàn)出總線設(shè)計(jì)的基本原理。241數(shù)據(jù)總線被劃分成內(nèi)部總線IB（在CPU一側(cè)）和外部總線DB（在存儲(chǔ)器和串行接口一側(cè)）兩部分，它們之間通過2片8位的雙向三態(tài)門電路連接在一起。3組存儲(chǔ)器芯片的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳都直接連接在一起，連接到16位

7、的數(shù)據(jù)總線DB上，串行接口芯片的8位數(shù)據(jù)輸入輸出引腳只與數(shù)據(jù)總線DB的低8位（DB7-DB0這8位）相連接。242地址總線的構(gòu)成比較特殊，僅地址寄存器AR一個(gè)來源，AR又只接收ALU一路輸入。內(nèi)存儲(chǔ)器和接口電路的地址都來自于地址總線AB（地址寄存器AR的輸出），地址總線的最高3位送到1片三-八譯碼器，地址總線的低位字節(jié)中的高4位（規(guī)定最高一位必定為1）送到另外1片三-八譯碼器，分別產(chǎn)生存儲(chǔ)器芯片的8個(gè)片選信號(hào)和接口電路的8個(gè)片選信號(hào)。243控制總線提供內(nèi)存和串口的讀寫命令，是把控制器提供的3位控制信號(hào)送1片雙二-四譯碼器得到的，以決定有無內(nèi)存或接口讀寫，若有，是內(nèi)存和還是接口工作，執(zhí)行的是讀還

8、是寫操作。內(nèi)存和CPU選用同步方式運(yùn)行，串行接口和CPU選用狀態(tài)查詢方式工作。25 I/O設(shè)備教學(xué)計(jì)算機(jī)提供了2路串行接口（INTEL 8251），以支持接入PC機(jī)作為教學(xué)計(jì)算機(jī)的仿真終端完成輸入輸出操作；第一個(gè)串口的端口地址分配為80h/81h，第二個(gè)串口的端口地址可以由用戶選擇。作為擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，也可以通過在一個(gè)40芯的器件插座上插上其他標(biāo)準(zhǔn)接口線路（例如INTEL的8255、8253等）并適當(dāng)接線，完成常用接口線路的輸入輸出操作。3、實(shí)驗(yàn)機(jī)指令系統(tǒng)31實(shí)驗(yàn)機(jī)指令系統(tǒng)綜述3.1.1指令分類教學(xué)機(jī)的指令按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可劃分為：1從指令長度區(qū)分，有單字指令和雙字指令。2從操作數(shù)的個(gè)數(shù)區(qū)分，有

9、三操作數(shù)指令、雙操作數(shù)指令、單操作數(shù)指令和無操作數(shù)指令。3從使用的尋址方式區(qū)分，有寄存器尋址、寄存器間址、立即數(shù)尋址、直接地址、相對(duì)尋址等多種基本尋址方式。4從指令功能區(qū)分，給出了算術(shù)和邏輯運(yùn)算類指令、讀寫內(nèi)存類指令、輸入/輸出類指令、轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用和返回類指令，還有傳送、移位、置進(jìn)位標(biāo)志和清進(jìn)位標(biāo)志等指令。5按照指令的功能和它們的執(zhí)行步驟，可以把該機(jī)的指令劃分為如下4組。在后面幾節(jié)中給出的指令流程框圖、指令流程表都是以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指令劃分的。A組：基本指令A(yù)DD、SUB、AND、OR、XOR、CMP、TEST、MVRR、DEC、INC、SHL、SHR、JR、JRC、JRNC、JRZ、J

10、RNZ擴(kuò)展指令A(yù)DC、SBB、RCL、RCR、ASR、NOT、CLC、STC、EI、DI、JRS、JRNS、JMPRB組：基本指令JMPA、LDRR、STRR、PUSH、POP、PUSHF、POPF、MVRD、IN、OUT、RETC組：擴(kuò)展指令CALR、LDRA、STRA、LDRX、STRXD組：基本指令CALA擴(kuò)展指令I(lǐng)RETA組指令完成的是通用寄存器之間的數(shù)據(jù)運(yùn)算或傳送，在取指之后可一步完成。B組指令完成的是一次內(nèi)存或I/O讀、寫操作，在取指之后可兩步完成，第一步把要使用的地址傳送到地址寄存器ARH、ARL中，第二步執(zhí)行內(nèi)存或I/O讀、寫操作。C組指令在取指之后可三步完成，其中CALR指令

11、在用兩步讀寫內(nèi)存之后，第三步執(zhí)行寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送；而其它指令在第一步置地址寄存器ARH、ARL，第二步讀內(nèi)存（即取地址操作數(shù)）、計(jì)算內(nèi)存地址、置地址寄存器ARH、ARL，第三步讀、寫內(nèi)存。D組指令完成的是兩次讀、寫內(nèi)存操作，在取指之后可四步完成。3.1.2 指令格式TEC-XP教學(xué)機(jī)實(shí)現(xiàn)了29條基本指令，用于編寫教學(xué)機(jī)的監(jiān)控程序和支持簡單的匯編語言程序設(shè)計(jì)。同時(shí)保留了19條擴(kuò)展指令，供學(xué)生在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中完成對(duì)這些指令的設(shè)計(jì)與調(diào)試。教學(xué)機(jī)的指令格式支持單字和雙字指令，第一個(gè)指令字的高8位是指令操作碼字段，低8位和雙字指令的第二個(gè)指令字是操作數(shù)、地址字段，分別有3種用法，如下圖所示。操作碼DRS

12、RIO端口地址 / 相對(duì)偏移量立即數(shù) / 直接內(nèi)存地址 / 變址偏移量這8位指令操作碼（記作“IR15IR8”），含義如下：1） IR15、IR14用于區(qū)分指令組：0X表示A組，10表示B組，11表示C、D組；C、D組的區(qū)分還要用IR11，IR11=0為C組，IR11=1為D組。2） IR13用于區(qū)分基本指令和擴(kuò)展指令：基本指令該位為0，擴(kuò)展指令該位為1；3） IR12用于簡化控制器實(shí)現(xiàn)，其值恒為0；4） IR11IR8用于區(qū)分同一指令組中的不同指令。教學(xué)機(jī)的指令根據(jù)指令字長、操作數(shù)不同可劃分為如下6種指令格式：1） 單字、無操作數(shù)指令：格式：操作碼0000 0000基本指令：PSHF；狀態(tài)標(biāo)

13、志（C、Z、V、S、P1、P0）入棧POPF；彈出棧頂數(shù)據(jù)送狀態(tài)標(biāo)志寄存器RET子程序返回?cái)U(kuò)展指令：CLC；清進(jìn)位標(biāo)志位C=0STC；置進(jìn)位標(biāo)志位C=1EI；開中斷，置中斷允許位INTE=1DI；關(guān)中斷，置中斷允許位INTE=0IRET；中斷返回2） 單字、單操作數(shù)指令：格式：操作碼DR 00000000 SROFFSETI/O PORT基本指令：DECDR；DRDR-1INCDR；DRDR+1SHLDR；DR邏輯左移，最低位補(bǔ)0，最高位移入CSHRDR；DR邏輯右移，最高位補(bǔ)0，最低位移入CJROFFSET；無條件跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRCOFFSET；當(dāng)C=1時(shí)，跳

14、轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRNCOFFSET；當(dāng)C=0時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRZOFFSET；當(dāng)Z=1時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRNZOFFSET；當(dāng)Z=0時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETINI/O PORT；R0I/O PORT ，從外設(shè)I/O PORT端口讀入數(shù)據(jù)到R0OUTI/O PORT；I/O PORTR0，將R0中的數(shù)據(jù)寫入外設(shè)I/O PORT端口PUSHSR；SR入棧POPDR；彈出棧頂數(shù)據(jù)送DR擴(kuò)展指令：RCLDR；DR與C循環(huán)左移，C移入最低位，最高位移入CRCRDR；DR與C循環(huán)右移，C移

15、入最高位，最低位移入CASRDR；DR算術(shù)右移，最高位保持不變，最低位移入CNOTDR；DR求反，即DR/DRJMPRSR；無條件跳轉(zhuǎn)到SR指向的地址CALRSR；調(diào)用SR指向的子程序JRSOFFSET；當(dāng)S=1時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSETJRNSOFFSET；當(dāng)S=0時(shí)，跳轉(zhuǎn)到ADR，ADR=原PC值+OFFSET3） 單字、雙操作數(shù)指令：格式：操作碼DRSR基本指令：ADDDR，SR；DRDR+SRSUBDR，SR；DRDR-SRANDDR，SR；DRDR and SRCMPDR，SR；DR-SRXORDR，SR；DRDR xor SRTESTDR，SR；DR and

16、SRORDR，SR；DRDR or SRMVRRDR，SR；DRSRLDRRDR，SR；DRSRSTRRDR，SR；DRSR擴(kuò)展指令：ADCDR，SR；DRDR+SR+CSBBDR，SR；DRDR-SR-C4） 雙字、單操作數(shù)指令：格式：操作碼0000 0000ADR基本指令：JMPAADR；無條件跳轉(zhuǎn)到地址ADRCALAADR；調(diào)用首地址在ADR的子程序5） 雙字、雙操作數(shù)指令：格式1：操作碼DR 0000 0000 SRDATA基本指令：MVRDDR，DATA；DRDATA擴(kuò)展指令：LDRADR，ADR；DRADRSTRAADR，SR；ADRSR格式2：操作碼DRSRADR擴(kuò)展指令：LDR

17、XDR，OFFSETSR；DROFFSET+SRSTRXDR，OFFSETSR；OFFSET+SRDR4、實(shí)驗(yàn)機(jī)軟件系統(tǒng)軟件：解釋 BASIC 語言匯編語言支持監(jiān)控程序（指令）級(jí)模擬教學(xué)機(jī)模擬：運(yùn)算器、控制器模擬(微程序級(jí)或硬連線控制器級(jí)模擬)主存儲(chǔ)器模擬，總線,接口模擬輸入設(shè)備/ 輸出設(shè)備模擬運(yùn)行環(huán)境：PC機(jī)，Windows系統(tǒng)從計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)需求的角度看，該計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的組成也是完整的，支持簡單的高級(jí)語言（包括浮點(diǎn)運(yùn)算指令和基本函數(shù)運(yùn)算功能），匯編語言（支持基本偽指令功能）和二進(jìn)制的機(jī)器語言，配有自己的監(jiān)控程序，以及PC機(jī)仿真終端程序等。毫無疑問，全部軟件的源程序代碼是寶貴的教學(xué)

18、參考資料。從右圖可以看到，軟件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)級(jí)和指令級(jí)模擬系統(tǒng)，可以脫離硬件教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，直接在PC機(jī)的Windows平臺(tái)上運(yùn)行教學(xué)機(jī)的程序，可以在PC機(jī)上運(yùn)行教學(xué)機(jī)的監(jiān)控程序，其運(yùn)行效果和在真正的教學(xué)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行監(jiān)控程序是相同的。微程序和硬連線這一級(jí)別的模擬軟件，可以通過PC機(jī)屏幕查看在教學(xué)計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)、指令的流動(dòng)過程，并顯示每一步的運(yùn)行結(jié)果，為設(shè)計(jì)、調(diào)試教學(xué)機(jī)新的軟件或硬件功能提供重要的輔助作用。5、實(shí)驗(yàn)機(jī)與PC關(guān)系TECXP實(shí)驗(yàn)機(jī)是一臺(tái)軟、硬件相對(duì)完整、配置小巧合理的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。TECXP里面配置了小巧的“運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備”完整要素。可以說，實(shí)驗(yàn)機(jī)是小

19、巧的計(jì)算機(jī)。6、實(shí)驗(yàn)機(jī)工作原理接通TEC-XP教學(xué)機(jī)的電源，將功能開關(guān)撥為11010，即設(shè)為單步、手動(dòng)執(zhí)行指令，使用微程序控制器，聯(lián)機(jī)操作。運(yùn)行一小段微程序，根據(jù)整個(gè)程序的執(zhí)行過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作原理加以說明。運(yùn)行的微程序?yàn)锳組基本指令加法指令A(yù)DD R0,R1，程序如下：A 20002000: MVRD R0,00012002: MVRD R1,00022004: ADD R0,R12006: RET用U命令反匯編剛輸入的程序：U 2000用G命令運(yùn)行前面鍵入的源程序G 2000運(yùn)行結(jié)果：R0 = 0003, R1 = 0002；加法指令A(yù)DD R0 , R1的整個(gè)指令周期包含6個(gè)CPU周期

20、，其中前3個(gè)CPU周期是取指階段，所有指令都是一樣的，第4個(gè)CPU周期用于指令操作碼的地址映射，第5個(gè)CPU周期完成加法指令的功能，第6個(gè)CPU周期用于判斷是否需要執(zhí)行中斷周期，從而決定該加法指令執(zhí)行結(jié)束后的流向。程序運(yùn)行過程為：（1）公操作微指令（0àPC、DI#=0）該微指令在控制存儲(chǔ)器中位于第一個(gè)單元，即微地址為00H，是程序運(yùn)行時(shí)的初始操作。本實(shí)驗(yàn)中由于是脫機(jī)單步運(yùn)行狀態(tài)，因此每條指令執(zhí)行時(shí)都需要該微指令。該操作中的PC清零是通過運(yùn)算器的PC本身相減得到的，因此這里與運(yùn)算器相關(guān)的控制信號(hào)應(yīng)選擇I20=001（選擇A、B鎖存器輸入）、I86=011（FàB，結(jié)果保存到

21、B口指定寄存器）、I53=001（S-R，減法運(yùn)算）、B口=0101（指定R5，即PC）、A口=0101（指定R5，即PC）、SST=000（標(biāo)志位保持不變）、SSH SCI=001（減法運(yùn)算的最低位進(jìn)位Cin=1）。該操作中不需要訪存，或訪問IO，因此MRW為100（無讀寫）。DC1無用，選擇000。本條微指令的另一個(gè)操作DI#=0，使用DC2=111，選擇關(guān)中斷實(shí)現(xiàn)。本條微指令執(zhí)行完成后應(yīng)進(jìn)入指令的取指周期，因此要轉(zhuǎn)向執(zhí)行PCàAR微指令，因此，CI應(yīng)選擇1110（順序?qū)ぶ罚?，則下條微指令的地址應(yīng)在本條微指令地址（00H）的基礎(chǔ)上加1，即01H。順序?qū)ぶ贩绞较?，SCC無效，直接寫

22、0000。（2）送指令地址微指令（PCàAR、PC+1àPC）本條微指令首先要做的是PCàAR的操作，這里使用A口地址指定PC，即0101，并設(shè)置I86=010（使A口指定內(nèi)容輸出到內(nèi)部總線上），DC2=011（指定AR接收內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)）。本條微指令中要完成的PC+1àPC，仍然通過運(yùn)算器做加法，加上Cin來實(shí)現(xiàn)，故控制信號(hào)I20=011（選擇0、B數(shù)據(jù)），B口=0101（B口指定PC），I86=010（FàB，運(yùn)算結(jié)果送PC），I53=000（加法運(yùn)算），SST=000（標(biāo)志位保持不變）、SSH SCI=001（增量運(yùn)算中使用最低進(jìn)位位C

23、in提供加數(shù)）。該操作中不需要訪存，或訪問IO，因此MRW為100（無讀寫）。DC1無用，選擇000。本條微指令將所要訪問主存單元的地址送給AR，則接下來應(yīng)從主存中讀出機(jī)器指令字，即本條微指令之后的微指令一定是MEMàIR，因此，CI應(yīng)選擇1110（順序?qū)ぶ罚瑒t下條微指令的地址應(yīng)在本條微指令地址（01H）的基礎(chǔ)上加1，即02H。順序?qū)ぶ贩绞较?，SCC無效，直接寫0000。（3）讀指令字微指令（MEMàIR）本條微指令需要做訪存讀取機(jī)器指令，因此運(yùn)算器相關(guān)的命令可設(shè)置無效，即I20=000，I86=001，I53=010，A口=0000，B口=0000，SST=000（標(biāo)志

24、位保持不變）、SSH SCI=000。訪存獲取的指令字應(yīng)存放于指令寄存器IR中，因此，MRW=001（內(nèi)存讀），DC2=001（IR接收）。DC1無用，選擇000。本條微指令執(zhí)行后，控制器應(yīng)進(jìn)行操作碼的譯碼，做微地址映射，因此，CI應(yīng)選擇1110（順序?qū)ぶ罚?，則下條微指令的地址應(yīng)在本條微指令地址（02H）的基礎(chǔ)上加1，即03H。順序?qū)ぶ贩绞较拢琒CC無效，直接寫0000。（4）地址映射微指令（/MAP）本條微指令主要是由地址映射部件，根據(jù)指令操作碼給出對(duì)應(yīng)的指令周期微程序的入口地址，故，本條微指令中有關(guān)運(yùn)算器和訪存的控制信號(hào)均無效，即I20=000，I86=001，I53=010，A口=000

25、0，B口=0000，SST=000（標(biāo)志位保持不變），SSH SCI=000，DC1=000，DC2=000。微地址的映射用CI的2號(hào)命令控制，即CI30=0010（指令功能分支），SCC30=0000（必轉(zhuǎn)）。下址字段無效，寫00H。根據(jù)地址映射表4-1可知，ADD指令的微程序入口地址為04H，故該微指令執(zhí)行后，下址指示燈顯示為0000 0100。（5）加法微指令（R0+R1àR0）本條微指令主要完成兩個(gè)通用寄存器的加法運(yùn)算，由實(shí)驗(yàn)二可知，運(yùn)算器相關(guān)的控制信號(hào)為：I20=001（選擇AB口數(shù)據(jù)），I86=011（FàB），I53=000（加法運(yùn)算），A口=0001（R1作

26、為源操作數(shù)），B口=0000（R0作為目的操作數(shù)），SST=001（運(yùn)算影響標(biāo)志位），SSH SCI=000（Cin=0）。本條微指令無訪存控制，因此DC1=000，DC2=000。本條微指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，ADD指令功能已完成，即指令的執(zhí)行周期完成，按照指令周期的流程，這里需要檢查系統(tǒng)是否有中斷請(qǐng)求。因此，本條微指令執(zhí)行結(jié)束即應(yīng)轉(zhuǎn)向中斷判斷微指令，CI30=0011碼（條件轉(zhuǎn)移），SCC30=0000（必轉(zhuǎn)），下址字段給出中斷判斷微指令的地址，30H。（6）中斷判斷微指令（STRQ、CC#=INT#）本條微指令用于判斷當(dāng)前系統(tǒng)是否有中斷請(qǐng)求，若有，則轉(zhuǎn)去處理中斷（地址為3AH的微指令），否則順序

27、執(zhí)行下一條機(jī)器指令（地址為31H的微指令）。因此，CI30=0011碼（條件轉(zhuǎn)移），所依據(jù)的條件應(yīng)為SCC30=0010（若有中斷請(qǐng)求時(shí)轉(zhuǎn)移），下址=3AH。在進(jìn)行中斷判斷時(shí)，需要使用到標(biāo)志位狀態(tài)，因此，本條微指令需要做的另一個(gè)操作是DC1=011（將標(biāo)志位送到內(nèi)部總線上），用以判斷中斷。7、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)過程71基礎(chǔ)匯編語言程序設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)匯編語言程序設(shè)計(jì)，主要目的是學(xué)習(xí)和了解TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控命令的用法以及其指令系統(tǒng)；并學(xué)習(xí)簡單的TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)匯編程序設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)聯(lián)機(jī)使用TEC-XP教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和仿真終端軟件PCEC。使用監(jiān)控程序R命令顯示/修改寄存器內(nèi)容、D命令顯

28、示存儲(chǔ)器內(nèi)容、E命令修改存儲(chǔ)器內(nèi)容。使用A命令寫一小段匯編程序，U命令反匯編剛輸入的程序，用G命令連續(xù)運(yùn)行該程序，用T、P命令單步運(yùn)行并觀察程序單步執(zhí)行情況。（1）實(shí)驗(yàn)具體操作步驟：1準(zhǔn)備一臺(tái)串口工作良好的PC機(jī)；2將TEC-XP放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，打開實(shí)驗(yàn)箱的蓋子，確定電源處于斷開狀態(tài)；3將黑色的電源線一端接220V交流電源，另一端插在TEC-XP實(shí)驗(yàn)箱的電源插座里；4取出通訊線，將通訊線的9芯插頭接在TEC-XP實(shí)驗(yàn)箱上的串口“COM1”或“COM2”上，另一端接到PC機(jī)的串口上；5將TEC-XP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)左下方的五個(gè)黑色的控制機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)置于正確的位置，在找個(gè)實(shí)驗(yàn)中開關(guān)應(yīng)置為00110（連

29、續(xù)、內(nèi)存讀指令、組合邏輯、聯(lián)機(jī)、16位），控制開關(guān)的功能在開關(guān)上、下方有標(biāo)識(shí)；開關(guān)撥向上方表示“1”，撥向下方表示“0”，“X”表示任意，其它實(shí)驗(yàn)相同；6打開電源，船形開關(guān)和5V電源指示燈亮。7在PC機(jī)上運(yùn)行PCEC16.EXE文件，根據(jù)連接的PC機(jī)的串口設(shè)置所用PC機(jī)的串口為“1”或“2”, 其它的設(shè)置一般不用改動(dòng),直接回車即可。(具體步驟附后)8按一下“RESET”按鍵,再按一下“START”按鍵。（2）軟件操作注意事項(xiàng)：1用戶在選擇串口時(shí)，選定的是PC機(jī)的串口1或串口2，而不是TEC-XP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的串口。即選定的是用戶實(shí)驗(yàn)時(shí)通訊線接的PC機(jī)的端口；2如果在運(yùn)行到第五步時(shí)沒有出現(xiàn)應(yīng)該出現(xiàn)

30、的界面，用戶需要檢查是不是打開了兩個(gè)軟件界面，若是，關(guān)掉其中一個(gè)再試；3有時(shí)若TEC-XP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不通訊，也可以重新啟動(dòng)軟件或是重新啟動(dòng)PC再試；4在打開該應(yīng)用軟件時(shí)，其它的同樣會(huì)用到該串口的應(yīng)用軟件要先關(guān)掉。72脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)是脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)，主要目的是深入了解AM2901運(yùn)算器的功能與具體用法，4片AM2901的級(jí)聯(lián)方式，深化運(yùn)算器部件的組成、設(shè)計(jì)、控制與使用等諸項(xiàng)知識(shí)。脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)，是指讓運(yùn)算器從教學(xué)計(jì)算機(jī)整機(jī)中脫離出來，此時(shí)，它的全部控制與操作均需通過兩個(gè)12位的微型開關(guān)來完成，這就談不上執(zhí)行指令，只能通過開關(guān)、按鍵控制教學(xué)機(jī)的運(yùn)算器完成指定的運(yùn)算功能，并通過指示燈觀察運(yùn)算結(jié)

31、果。（1）12位微型開關(guān)的具體控制功能分配如下：A口、B口地址：送給AM2901器件用于選擇源與目的操作數(shù)的寄存器編號(hào)；I8-I0：選擇操作數(shù)來源、運(yùn)算操作功能、選擇操作數(shù)處理結(jié)果和運(yùn)算器輸出內(nèi)容的3組3位的控制碼；SCi、SSH和SST：用于確定運(yùn)算器最低位的進(jìn)位輸入、移位信號(hào)的入/出和怎樣處理AM2901產(chǎn)生的狀態(tài)標(biāo)志位的結(jié)果。（2）開關(guān)位置說明：做脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)時(shí)，要用到提供24位控制信號(hào)的微動(dòng)開關(guān)和提供16位數(shù)據(jù)的撥動(dòng)開關(guān)。微動(dòng)開關(guān)是紅色的，一個(gè)微動(dòng)開關(guān)可以提供12位的控制信號(hào)，標(biāo)有micro switch 1和micro switch 2；數(shù)據(jù)開關(guān)是黑色的，左邊的標(biāo)有SWH的是高8位

32、，右邊的標(biāo)有SWL的是低8位。微動(dòng)開關(guān)與控制信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系見表(由左到右)：Micro switch 1Micro switch 2I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSH SCIB PORTA PORT（3）開關(guān)檢測 紅色微動(dòng)開關(guān)是該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用壽命最短的器件，開關(guān)好壞的檢測方法比較簡單，用戶將五個(gè)控制機(jī)器工作方式的開關(guān)置于“1XX00”,從左面起第二個(gè)和第三個(gè)的開關(guān)處于任意位置，然后將兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)上的24個(gè)小紐子依次置為1（開關(guān)撥到上方為1），看對(duì)應(yīng)的指示燈是否亮，如果有一個(gè)或數(shù)個(gè)指示燈不亮，則一般是開關(guān)出了問題。（4）實(shí)驗(yàn)步驟將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)撥動(dòng)開關(guān)置為1XX00（單步、16位、脫機(jī)

33、）；先按一下“RESET”按鍵，再按一下“START”按鍵，進(jìn)行初始化。接下來，按下表所列的操作在機(jī)器上進(jìn)行運(yùn)算器脫機(jī)實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果填入表中：其中D1取為0101H，D2取為1010H；通過兩個(gè)12位的紅色微型開關(guān)向運(yùn)算器提供控制信號(hào)，通過16位數(shù)據(jù)開關(guān)向運(yùn)算器提供數(shù)據(jù)，通過指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果及狀態(tài)標(biāo)志。73組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)是組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)，其只要目的是通過看懂教學(xué)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)設(shè)計(jì)好并正常運(yùn)行的幾條典型指令（例如，ADD、SHR、OUT、MVRD、JRC、RET、CALA等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程。深入理解計(jì)算機(jī)控制器的功能、組成知識(shí)；深入地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)各典型指令的執(zhí)行流程；對(duì)指

34、令格式、尋址方式、指令系統(tǒng)、指令分類等建立具體的總體概念。（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.完成控制器部件的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，主要內(nèi)容是由學(xué)生自己設(shè)計(jì)幾條指令的的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學(xué)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)、調(diào)試正確。2.首先是看懂TEC-XP教學(xué)計(jì)算機(jī)的功能部件組成和線路邏輯關(guān)系，然后分析教學(xué)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)設(shè)計(jì)好并正常運(yùn)行的幾條典型指令（例如，ADD、SHR、OUT、MVRD、JRC、CALA、RET等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程。3.設(shè)計(jì)幾條指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學(xué)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)、調(diào)試正確。例如ADC、JRS、JRNS、LDRA、STOR、JMPR等指令，可以從TEC-XP教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)說明與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)第

35、二章給出的19條擴(kuò)展指令中任意選擇，當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)其它的指令，包括原來已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基本指令（要變換為另外一個(gè)指令操作碼）或自己確定的指令。在原來提供的MACH程序的基礎(chǔ)上按照ABEL語言的要求添加新指令的控制信號(hào)，編譯產(chǎn)生.JED文件并下載到MACH芯片里。軟件的使用和下載參加附錄。4.單條運(yùn)行指令，查看指令的功能、格式和執(zhí)行流程。5.先將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)撥動(dòng)開關(guān)置為11110，再按一下“RESET”按鍵，然后通過16位的數(shù)據(jù)開關(guān)（SWH、SWL）置入指令，按“START”按鍵單步送脈沖，通過指示燈觀察控制信號(hào)的變化。6.用監(jiān)控程序的A、E（擴(kuò)展指令必須用E命令置入）命令編寫一段小程序，

36、觀察運(yùn)行結(jié)果。實(shí)驗(yàn)時(shí)將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)撥動(dòng)開關(guān)置為00110，運(yùn)行編寫的小程序。觀察終端顯示的結(jié)果，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的指令是否正確。若與預(yù)定結(jié)果不符，可查看指令的功能、格式、執(zhí)行、流程設(shè)計(jì)的是否正確。（2）實(shí)驗(yàn)步驟1 接通教學(xué)機(jī)電源；2 將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)撥動(dòng)開關(guān)置為11110（單步、手動(dòng)置指令、組合、16位、聯(lián)機(jī)）；3 按一下“RESET”按鍵；4 通過16位的數(shù)據(jù)開關(guān)SWH、SWL置入16位的指令操作碼；5 在單步方式下，通過指示燈觀察各類基本指令的節(jié)拍。74存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)是存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)，其主要目的是通過看懂教學(xué)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)使用的幾個(gè)存儲(chǔ)器芯片的邏輯連接關(guān)系和用于完成存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的幾個(gè)存儲(chǔ)

37、器芯片的布線安排，在教學(xué)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)并調(diào)試出存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。深入理解計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的功能、組成知識(shí)；深入地學(xué)懂靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片的讀寫原理和用他們組成教學(xué)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的方法（即字、位擴(kuò)展技術(shù)），控制其運(yùn)行的方法。（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1要完成存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，需為擴(kuò)展存儲(chǔ)器選擇一個(gè)地址，并注意讀寫和OE等控制信號(hào)的正確狀態(tài)；2用監(jiān)控程序的D、E命令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫，比較RAM（6116）、EEPROM（28系列芯片）EPROM（27系列芯片）在讀寫上的異同；3用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對(duì)RAM（6116）進(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；4用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對(duì)擴(kuò)展存儲(chǔ)器EEPROM（28系列芯片）進(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；如不正確，分析原因，改寫程序，重新運(yùn)行；（2）實(shí)驗(yàn)步驟1檢查FPGA下方的插針要按下列要求短接：標(biāo)有“/MWR”“RD”的插針左邊兩個(gè)短接，標(biāo)有“/MRD”“GND”的插針右邊兩個(gè)短接，標(biāo)有ROMLCS和RAMLCS的插針短接。2RAM（6116）支持即時(shí)讀寫，可直接用A、E命令向擴(kuò)展的存儲(chǔ)器輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。RAM中的內(nèi)容在斷電后會(huì)消失，重新啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)后會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)存單元的值發(fā)生了改變3將擴(kuò)展的ROM芯片（27或28系列或28的替代產(chǎn)品58C65