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myTECXP实验指导书

附图1TEC-XP教学计算机的硬件组成线路

附表1：

教学计算机计算机基本指令的微程序表

微地址

指令

操作功能

下址

CI3~0

SCC30

MRW

I2~0

I8~6

I5~3

B口

A口

SST

SSH、SCI

DC2

DC1

ALL

0→PC、DI#=0

1110

0000

100

001

011

001

0101

000

001

111

000

ALL

PC→AR、PC+1→PC

1110

0000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

ALL

MEM→IR

1110

0000

001

000

001

000

0000

000

001

000

ALL

/MAP

0010

0000

100

000

001

000

0000

000

ADD

DR+SRDR

0011

0000

100

001

011

000

1000

001

000

SUB

DR-SRDR

0011

0000

100

001

011

001

1000

001

000

AND

DR∧SRDR

0011

0000

100

001

011

100

1000

001

000

DR∨SRDR

0011

0000

100

001

011

1000

001

000

XOR

DR⊕SRDR

0011

0000

100

001

011

110

1000

001

000

CMP

DR-SR

0011

0000

100

001

1000

001

000

TEST

DR∧SR

0011

0000

100

001

100

1000

001

000

MOVRR

SRDR

0011

0000

100

011

000

1000

001

000

INC

DR+1DR

0011

0000

100

011

000

1000

0000

001

000

DEC

DR-1DR

0011

0000

100

011

001

1000

0000

001

000

SHL

SHLDR

0011

0000

100

011

111

000

1000

0000

110

100

000

SHR

SHRDR

0011

0000

100

011

101

000

1000

0000

101

100

000

JRCND

JRCndOFFSET（Cnd为条件码）

0011

0100

100

000

001

000

0000

000

Offset+PCPC

0011

0000

100

101

011

000

0101

000

010

IN/OUT

PORTAR

0011

0110

100

111

001

000

0000

000

011

010

R0IO

0011

0000

010

011

001

000

0000

000

001

IOR0

0011

0000

011

111

011

000

0000

000

PSH/F

SP-1SP,AR

0011

0111

100

011

001

0100

0000

000

011

000

FLAGMEM

0011

0000

000

001

000

0000

000

011

POP/F

SPAR,SP+1SP

0011

0111

100

011

010

000

0100

000

001

011

000

MEMFLAG

0011

0000

001

000

001

000

0000

010

000

ALL

SR→MEM、CC#=0

0011

0000

000

100

001

000

0000

1000

000

001

LDRR

SRAR

1110

0000

100

001

000

0000

1000

000

011

000

STRR

DRAR

1110

0000

100

011

001

000

1000

0000

000

011

000

ALL

MEM→DR、CC#=0

0011

0000

001

111

011

000

1000

0000

000

MVRD

PC→AR、PC+1→PC、CC#=0

0011

0000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

JMPA

PC→AR、PC+1→PC

0011

0000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

CALA

PC→AR、PC+1→PC

1110

0000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

MEM→Q

1110

0000

001

111

000

0000

000

SP-1→SP、→AR

1110

0000

100

011

001

0100

0000

000

011

000

PC→MEM、Q→PC、CC#=0

0011

0000

000

010

000

0101

000

001

RET

SP→AR、SP+1→SP

1110

0000

100

011

010

000

0100

000

001

011

000

MEM→PC、CC#=0

0011

0000

001

111

011

000

0101

0000

000

ALL

STR→Q、CC#=INT#

0011

0010

100

111

000

0000

000

011

PC→AR、PC+1→PC、CC#=0

0011

0000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

本行微指令代替中断处理,用户做中断实验时,自写中断隐指令代替本行微指令.

0011

0000

100

000

001

000

0000

000

注：

微地址为3AH的微指令，是伪中断隐指令，未执行任何操作，直接跳回31H。

用户在作中断实验时，应在3AH开始的微地址存放中断隐指令，同时还应实现EI、DI、IRET指令。

建议扩展指令存放在中断隐指令之后的微地址中。

这种处理办法，是为解决未扩展中断隐指令等之前，按了作为中断请求源的3个无锁按钮可能带来的非预期问题。

附图2

附表2：

教学计算机基本指令的节拍流程表

节拍

指令

编码

/MR/W

I2-0

I8-6

I5-3

SST

SSHSCI

DC2

DC1

注释

1000

100

001

011

001

0101

000

001

111

000

0→PC，DI#=0

0000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

PC→AR，PC+1→PC

0010

001

000

001

000

0000

000

001

000

MEM→IR

0011

ADD

00000000

100

001

011

000

001

000

DR+SRDR

SUB

00000001

100

001

011

001

000

DR-SRDR

AND

00000010

100

001

011

100

001

000

DRorSRDR

CMP

00000011

100

001

000

DR-SR

XOR

00000100

100

001

011

110

001

000

DRxorSRDR

TEST

00000101

100

001

100

001

000

DRSR

00000110

100

001

011

001

000

DRandSRDR

MVRR

00000111

100

011

000

SRDR

DEC

00001000

100

011

001

0000

001

000

DR-1DR

INC

00001001

100

011

000

0000

001

000

DR+1DR

SHL

00001010

100

011

111

000

0000

110

100

000

SHLDR

SHR

00001011

100

011

101

000

0000

101

100

000

SHRDR

01000001

100

101

011

000

0101

000

010

Offset+PCPC

JRC

01000100

100

101

0C1

000

0101

000

010

Offset+PCPC

JRNC

01000101

100

101

0/C1

000

0101

000

010

Offset+PCPC

JRZ

01000110

100

101

0Z1

000

0101

000

010

Offset+PCPC

JRNZ

01000111

100

101

0/Z1

000

0101

000

010

Offset+PCPC

0110

JMPA

10000000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

PCAR,PC+1PC

LDRR

10000001

100

001

000

0000

000

011

000

SRAR

0110

10000010

100

111

001

000

0000

000

011

010

IRL→ARL

STRR

10000011

100

011

001

000

0000

000

011

000

DRAR

PSHF

10000100

100

011

001

0100

0000

000

011

000

SP-1SP、AR

PUSH

10000101

100

011

001

0100

0000

000

011

000

SP-1SP、AR

OUT

10000110

100

111

001

000

0000

000

011

010

IRL→ARL

POP

10000111

100

011

010

000

0100

000

001

011

000

SPAR,SP+1SP

MVRD

10001000

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

PCAR,PC+1PC

POPF

10001100

100

011

010

000

0100

000

001

011

000

SPAR,SP+1SP

RET

10001111

100

011

010

000

0100

000

001

011

000

SPAR,SP+1SP

0110

CALA

11001110

100

011

010

000

0101

000

001

011

000

PC→AR，PC+1→PC

0100

JMPA

10000000

001

111

011

000

0101

0000

000

MEM→PC

LDRR

10000001

001

111

011

000

0000

000

MEM→DR

10000010

011

111

011

000

0000

000

（PORT）→R0

STRR

10000011

000

100

001

000

0000

000

001

SR→MEM

PSHF

10000100

000

001

000

0000

000

011

FLAG→MEM

PUSH

10000101

000

100

001

000

0000

000

001

SR→MEM

OUT

10000110

010

100

001

000

0000

000

001

R0→（PORT）

POP

10000111

001

111

011

000

0000

000

MEM→DR

MVRD

10001000

001

111

011

000

0000

000

MEM→DR

POPF

10001100

001

000

001

000

0000

010

000

MEM→FLAG

RET

10001111

001

111

011

000

0101

0000

000

MEM→PC

CALA

11001110

001

111

000

0000

000

（AR）→Q

0111

CALA

11001110

100

0011

011

0001

0100

0000

000

011

000

SP-1→SP、AR

0101

CALA

11001110

000

010

000

0101

000

001

PC→MEM，Q→PC

实验一TEC-XP实验系统的认识与使用

实验目的：

1．认识TEC-XP教学计算机的硬件组成。

2．掌握TEC-XP教学计算机运行状态的设置方法。

3．学习TEC-XP计算机监控命令的用法，认识教学计算机的寄存器结构。

实验内容：

1．找到教学计算机的各个功能部件（由其是第1串行口），正确的进行TEC-XP教学计算机与PC机的硬件连接。

2．通过TEC-XP教学计算机上的运行状态设置开关将教学计算机设置为联机运行状态。

3．正确的利用仿真终端软件实现与TEC-XP教学计算机的联机。

4．使用监控程序的R命令显示/修改寄存器内容、D命令显示存储器内容、E命令修改存储器内容。

5．使用A命令写一小段汇编程序，U命令反汇编刚输入的程序，用G命令连续运行该程序，用T、P命令单步运行并观察程序单步执行时教学计算机状态。

实验环境：

PC计算机一台；TEC-XP教学计算机一台；

实验背景知识：

TEC-XP教学计算机是由清华大学科教仪器厂和清华大学计算机系联合研制并通过了教育部主持的鉴定，为配合讲授与学习“计算机组成原理”、“计算机系统结构”等硬件内容为主的课程而研制的教学实验系统。

6．教学计算机的硬件组成

教学计算机的系统结构如图1-1所示：

软件：

解释BASIC语言

汇编语言支持

监控程序

硬件：

运算器，控制器（多种实现：

微程序或硬连线控制器，中小规模器件或FPGA器件实现）

主存储器，总线，接口

输入设备，输出设备

硬件与电路：

逻辑器件和设备

图1-1教学计算机的系统结构

教学计算机的硬件系统结构如图1-2所示：

图1-2实验系统的硬件系统组成示意图

从图1-2中可以看到TEC-XP教学计算机的总体组成。

在图的左部所表示的是选用中小规模器件实现的CPU系统，由独立的运算器、控制器部件组成。

图的中间部分所表示的是内存储器、串行接口线路的组成。

图的右部虚线部分所表示的是选用FPGA门阵列器件实现的单个芯片的CPU系统（用于CPU设计实验）。

这两个CPU系统都可以通过数据总线、地址总线和控制总线连接内存储器、串行接口线路，从而构成一台完整的计算机硬件系统，安装上必要的软件就可以正常运行，作为计算机组成原理课程内容实例和教学实验设备具有很好的典型性。

两个CPU系统需要通过分时或者独占的方式使用同一套存储器部件和串行接口线路。

由中小规模器件实现的CPU构建的教学计算机硬件系统组成如下：

运算器：

由4片AM2901运算器芯片彼此串接构成，可进行8位或16位数据的运算（我们的实验用16位）。

还有四位的状态标志寄存器和教学实验所需的相关逻辑部件。

全部的算术与逻辑运算均在这里完成；还完成几种寻址方式的实际地址计算；它也是主要的数据、地址传送的通路。

要特别说明的一点是,堆栈指针SP和控制器中的程序计数器PC，都是用这里的几个通用寄存器来实现的,以节省器件与简化实验机的实现。

控制器：

分别用微程序方式与硬布线方式两种方案实现（MACH435或MACH5芯片等组成）,实验者可以方便地选择使用其中任何一种。

这能方便地比较两种控制器各自的优缺点,和设计过程的相同的、不同的步骤与方法。

主存储器由8K字（我们的实验中，教学计算机的字长为16位）容量的ROM（放监控程序，由容量为8k字节的4片58C65或28C64芯片组成，地址从0000H单元开始）和2K字容量的RAM（放用户程序和数据，由2k字节的2片6116芯片组成，地址从2000H单元开始）存储区域组成。

输入/输出接口及可接入的输入/输出设备：

教学计算机已配备了一路串行接口（由一片8251芯片实现）,可直接连接计算机终端,或者在仿真终端软件控制下连接PC计算机。

这种方式下,通过终端或PC机（作为仿真终端）可以方便直观的操作教学计算机,为教学实验提供了非常先进的实验手段。

同时，教学计算机还提供了由学生自己通过扩展实验实现另外一路串行接口的全部支持。

低级的输入/输出设备：

教学计算机也支持开关拨数输入,指示灯显示输出的低级操作方式。

24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拨动开关位于教学实验机的下方。

微动开关是红色的，一个微动开关可以提供12位的控制信号，标有microswitch1和microswitch2；数据开关是黑色的。

扩展接口：

教学计算机在主板上预留了一个40芯的器件插座,并给出了扩展操作可能用到的地址、数据及控制信号的连接插孔。

用以提供其他一些输入/输出接口扩展支持。

中断支持：

教学计算机提供了完成中断教学实验所需要的全部支持。

7．教学计算机运行状态开关功能

在TEC-XP教学计算机的左下方有两个微动按钮开关（RESET和START）五个控制运行状态的黑色拨动开关各开关的功能如下所示：

单步手动置指令组合逻辑联机8位

StepHndInsComlogLinkMachi8Bit

上面

下面

CntnuMEMInsMicroPLeaveMachi16Bit

连续从内存读指令微程序脱机16位

几种常用的工作方式（开关拨到上方表示为1，拨到下方为0，“X”表示任意；）

工作方式

5个拨动开关

连续运行程序、组合逻辑控制器、联机、16位机

00110

连续运行程序、微程序控制器、联机、16位机

00010

单步、手动置指令、组合逻辑控制器、联机、16位机

11110

单步、手动置指令、微程序控制器、联机、16位机

11010

16位机、脱机运算器实验

1XX00

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