2015计算机组成原理实验指导

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1、计算机组成原理实验指导河南大学计算机与信息工程学院2015年TEC-XP实验设备概述TEC-XP实验设备是由清华大学科教仪器厂和清华大学计算机系联合研制，并通过教育部鉴定的实验系统。TEC-XP是在原有TEC系列教学计算机系统的基础上，重新设计的新一代产品，进一步增加了用单片FPGA门阵列器件实现的CPU系统。该实验系统重点用于计算机组成原理、计算机系统结构等课程的硬件教学实验，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-XP教学机的外观如图1所示。图1TEC

2、-XP教学机的外观TEC-XP教学机的系统结构如图2所示。/GAR地址寄存器电平转换Y地译C址码2路串行接口Z运算器部件总器V线S数据D内部总线总线数据总线FPGA芯片双线选通门实现的CPU系统A口B口/SWTOIB控I8~I0/YTOIB制控制总线SSHSCI/IRLTOIB信SST/FTOIB/MIOREQ号/WEDC1译码器DC2地译译/GAR址码内存体码总控制器部件器器线/GIR图2TEC-XP教学机的系统结构图TEC-XP教学机的主要技术指标TEC-XP教学机的机器字长16位，即运算器、主存、数

3、据总线、地址总线都是16位。（1）TEC-XP的内存地址分配如图3所示。其中0000H~1FFFH的8K空间是由ROM构成的，存放监控程序，2000H~27FFH的2K空间是由RAM构成的工作区。该教学机还可以进一步完成存储器扩展的教学实验，扩展地址从4000H开始。图3TEX-XP教学机的内存分配（2）运算器由4片位片结构器件级联而成，片间用串行进位方式传递进位信号。ALU实现8种算术与逻辑运算功能，内部包括16个双端口读出、单端口写入的通用寄存器，和一个能自行移位的乘商寄存器。设置C（进位标志位）、Z

4、（零标志位）、V（溢出标志位）、S（符号标志位）四个状态标志位。（3）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。TEC-XP教学机的面板结构TEC-XP教学机的面板结构如图3所示，控制部件主要由运算部件ALU、控制部件——组合逻辑控制器和微程序处理器、存储部件——ROM和RAM、控制存储器等芯片构成。用户输入部分在面板的最下方，自左向右分别是工作模式选择开关、运算器控制信号输入开关、数据输入开关三个部分。系统中的输出结果可由面板上的发光二极管状态得到。图3TEX-XP教学机的面板TEC

5、-XP教学机的脱机和联机工作方式TEC-XP教学机可以采用脱机和联机两种工作方式。脱机工作方式是指所有操作在TEC-XP教学机上完成，通过控制按钮、数据开关等硬件的设置来控制TEC-XP教学机的工作，执行结果在发光二极管上查看。这种方式适合于需要做硬件级别实验时使用。联机工作方式是指，TEC-XP教学机通过串口与PC连接，由PC运行仿真终端软件PCEC（路径一般为：D:大板可编程器件内容Pcec16.com），在监控状态下对TEC-XP教学机的工作进行操作控制。这种方式适合于需要大量数据输入和输出的实

6、验中使用。图5TEC-XP教学机的串口工作模式选择开关在每次使用TEC-XP教学机进行实验之前，都应先选择当前教学机应工作的状态，这由面板左下方的5个黑色控制开关的状态决定，工作模式的选择如表1所示。其中“1”表示开关上拨，“0”表示开关下拨，“X”表示该开关无用。表1工作模式选择开关状态开关状态工作模式00110连续运行程序、采用组合逻辑控制器、联机、16位机00010连续运行程序、采用微程序控制器、联机、16位机11110单步运行程序、手动设置指令、采用组合逻辑控制器、联机、16位机11010单步运行

7、程序、手动设置指令、采用微程序控制器、联机、16位机1XX0016位机、脱机运算器实验TEC-XP教学机串口的状态寄存器TEC-XP教学机是通过串口（可编程串行接口8251A）与PC连接的，在联机操作中，PC机对教学机的访问是通过对其数据端口和控制状态端口来完成的。TEC-XP教学机的COM1口（左侧）的数据端口地址为80H，控制与状态口地址为81H；COM2（右侧）的数据端口地址为82H，控制与状态口地址为83H。TEC-XP教学机与PC机的联机操作方法1、将TEC-XP教学机放在实验台上，连接好电源线

8、，关上实验箱侧边的电源开关。2、使用串行通信线连接TEC-XP教学机与PC机的串口。（该串口连接已由实验室老师完成）3、将TEC-XP教学机的工作模式选择开关设置为00110。4、打开TEC-XP教学机的电源开关，检查面板上的发光二极管状态是否正常。5、打开PC机，在D:大板可编程器件内容Pcec16.com路径下找到PCEC16.EXE文件，并运行；注意：监控程序运行时需要选择连接串口，此时应选的是当前所连PC机的串口，