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TEC-8 计算机硬件综合实验系统
文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  
t: 2em; margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; -ms-text-justify: inter-ideograph;">微地址指示灯

µA5~µA0

后继微地址指示灯

NµA5~NµA0

判别位指示灯

P4~P0

4、节拍脉冲信号和节拍电位信号指示灯

按下启动按钮 QD 后,至少产生一组节拍脉冲 T1、T2、T3,无法用指示灯显示 T1、T2、

T3 的状态,因此设置了 T1、T2、T3 观测插孔,使用 TEC-8 实验台上提供的逻辑测试笔能够观测 T1、T2、T3 是否产生。

硬连线控制器产生的节拍电位信号 W1、W2 和 W3 有对应的指示灯。

5、其它指示灯


信号名称

信号灯符号

控制台操作指示灯

=1 时,表明进行控制台操作;

=0 时,表明运行测试程序;

硬连线控制器指示灯

=1 时,表明使用硬连线控制器;

=0 时,表明使用微程序控制器或者独立状态;

+5V 指示灯

指示+5V 电源的状态

TEC-8 实验平台上有下列按钮:

1、 启动按钮 QD

按一次启动按钮 QD,则产生 2 个脉冲 QD 和 QD#。QD 为正脉冲,QD#为负脉冲,脉冲的宽度与按下 QD 按钮的时间相同。正脉冲 QD 启动节拍脉冲信号 T1、T2 和 T3。

2、 复位按钮 CLR

按一次复位按钮 CLR,则产生 2 个脉冲 CLR 和 CLR#。CLR 为正脉冲,CLR#为负脉冲,脉冲的宽度与按下 CLR 按钮的时间相同。负脉冲 CLR#使 TEC-6 模型计算机复位,处于初始状态。

3.中断按钮 PULSE

按一次中断按钮 PULSE,则产生 2 个脉冲 PULSE 和 PULSE#。PULSE 为正脉冲,PULSE#为负脉冲,脉冲的宽度与按下 PULSE 按钮的时间相同。正脉冲 PULSE 向 TEC-8 模型计算机发出中断请求。

TEC-8 实验台上有下列开关:

1、数据开关 SD7~SD0

这 8 个双位开关用于向寄存器中写入数据、向存储器中写入程序或者用于设置存储器初始地址。当开关拨到朝上位置时为 1,拨到向下位置时为 0。

2、电平开关 S15~S0

这 16 个双位开关用于在实验时设置信号的电平。每个开关上方都有对应的接插孔,供接线使用。开关拨到朝上位置时为 1,拨到向下位置时为 0。

3、 单微指令开关 DP

单微指令开关控制节拍脉冲信号 T1、T2、T3 的数目。当单微指令开关 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;当单微指令开关 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。

4.控制器转换开关

当控制器转换开关朝上时,使用硬连线控制器;当控制器转换开关朝下时,使用微程序控制器。

5.编程开关

当编程开关朝下时,TEC-8 模型计算机处于正常工作状态;当编程开关朝上时,处于编程状态。在编程状态下,修改控制存储器中的微代码状态,。

6、操作模式开关 SWC、SWB、SWA

操作模式 SWC、SWB、SWA 确定的 TEC-8 模型计算机操作模式如下:


操作模式

实验功能

备注

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

1.8 数字逻辑和数字系统实验部分

TEC-8 实验系统能够满足《数字逻辑和数字系统》课程的实验要求,既可以进行基本实验,也可以进行大型综合性设计实验。

1.8.1 基本实验通用区

基本实验通用区位于 TEC-8 实验台的左上部,里面安排了 2 个 14 芯、2 个 16 芯、2 个

20 芯、1 个 24 芯、1 个 28 芯双列直插插座,供使用中、小规模数字迹成器件做基本实验用。

另外在实验台的中下部还有 1 个 500 欧姆的电位器,当电位器的一端接+5V、另一端接地后, 旋转电位器可以改变电位器中间抽头的电压。它可以作为数字器件的输入电压,供测试器件的输入、输出特性使用。

1.8.2 大型综合设计实验装置

为了进行大型综合设计实验,TEC-8 上安排了如下实验装置。

1.6 个数码管及驱动电路

2.1 个喇叭及驱动电路

3.1 个 VGA 接口及驱动电路

4.12 个发光二极管及驱动电路。12 个发光二极管按东、西、南、北方向设置,每个方向安排红、黄、绿三种颜色的发光二极管,模仿交通灯。

5.1 个同时可产生 7 路时钟的信号发生器。这 7 路时钟的频率分别是 1MHz、100KHZ、10KHz、

1KHz、100Hz、10Hz、1Hz,占空比为 50%。其中 1MHz 信号就是 TEC-8 的主时钟 MF;100KHz、

10KHz 信号可以通过短路子 DZ3 和 DZ4 进行二选一选择,产生信号 CP1;1KHz、100Hz 信号可以通过短路子 DZ5 和 DZ6 进行二选一选择,产生信号 CP2;10Hz、1Hz 信号可以通过短路子 DZ7 和 DZ8 进行二选一选择,产生信号 CP3。注意:短路子 DZ3 和 DZ4 不能同时短接;短路子 DZ5 和 DZ6 不能同时短接;短路子 DZ7 和 DZ8 不能同时短接。时钟信号 MF、CP1、CP2 和 CP3 通过插孔输出,或者通过扁平电缆连接到 EPM7128 的引脚。

6.一条扁平电缆。当进行大型综合设计实验时,有些实验需要通过扁平电缆将需要的信号和器件 CPLD 的引脚连接。扁平电缆的一端接 34 芯插座 J6(J6 和 CPLD 的引脚相连);另一端分为三部分,第一部分接 16 芯插座 J8(J8 和开关 S15~S0 相连);第二部分接 12 芯插座 J4(J4 和 12 个发光二极管 L11~L0 相连)或者接 12 芯插座 J1(J1 和数码管 LG2、LG1 的驱动相连);第三部分接 6 芯插座 J5(J5 和 5 中的时钟信号以及正脉冲 QD、PULSE 相连)。


1.9 E2PROM 中微代码的修改

1.E2PROM 的两种工作方式

TEC-8 模型计算机中的 5 片 E2PROM(CM4~CM0)有两种工作方式,一种叫“正常”工作方式,作为控制存储器使用;一种叫“编程”工作方式并且 DZ11 的短路子放置在“编程”位置,可用于修改 E2PROM 的微代码。当编程开关拨到“正常”位置并且 DZ11 放置在“正常” 位置,则 TEC-8 可以正常做实验,CM4~CM0 作为控制存储器使用,里面的微代码正常读出, 供数据通路使用。当编程开关拨到“编程”位置时,CM4~CM0 只受 TEC-8 实验系统中的单片机和 DZ11 的控制,用来对 5 片 E2PROM 编程。在编程状态下,不进行正常实验。特别提示: 正常实验时编程开关的位置必须拨到“正常”位置、DZ11 短路子必须放置在左边【“正常” 位置】,否则可能破坏 E2PROM 原先的内容。

2.安装 Prolific usb-to-serical comm prot 驱动程序

如果通讯线不是 COM 对 COM,而是 COM 对 USB,则需要安装驱动。PC 计算机通过 RS232 串行通讯方式和 TEC-8 实验系统中的单片机 89S52 通讯,从而达到修改控制存储器 E2PROM 的目的。如果 TEC-8 实验系统上的编程线采用 USB 对 COM 通讯线,因此需要一个驱动程序, 将 USB 通讯方式转换为 RS232 通讯方式,这个驱动程序就是 Prolific usb-to-serical comm

prot。出厂时提供的光盘上有这个驱动程序,在出厂资料盘/7 驱动文件夹内。

当第一次用出厂时提供的编程电缆将 PC 机的一个 USB 口和 TEC-8 实验系统上的 USB 口连接时,PC 机自动检测出安装了新硬件,并自动启动“安装新硬件驱动程序”服务,在 PC 机屏幕上弹出“找到新的硬件向导”第一个对话框,如图 1.3 所示。

图 1.3 找到新硬件向导对话框 1

直接点击找到新的硬件向导右下角的取消框,采用其他方式安装。打开出厂资料盘/7 驱动目录,直接安装驱动即可。安装完毕后如下所示:

图 1.4 初安装完后串口状态


现在串口的端口号为 COM5,如果需要调整,则如下操作所示:

1.在 COM5 上右击属性如下所示:

图 1.5 端口属性

2.点击端口属性如下所示:

1.6 端口设置

3.更改端口号如下所示:


图 1.7 更改端口号

4.点击确定后在计算机管理中刷新即可得到需要的端口号,如下所示:

图 1.8 设置完成的串口

3.串口调试助手 2.2 介绍

顾名思义,串口调试助手是一个调试 PC 机串口的程序,在 TEC-8 实验系统中,首先在

PC 机上通过串口调试程序将新的 E2PROM 数据下载到单片机中,由单片机完成对 E2PROM 的编程。


串口调试助手使用极其简单。通过双击出厂时提供的该软件的图标,PC 机屏幕上出现如图 1.8 所示的该软件对话窗口。

图 1.9 串口调试助手对话窗口

⑴ 选择串口号

选择和TEC-8 通讯使用的串口号,在COM1~COM4 中选择一个。串口的设置要与CP2102 USB to UART Bridge Controller 驱动程序将 USB 转换的 R232 串口号一致。该串口号可用下列方式得到。

在用编程电缆将 PC 机一个 USB 口和 TEC-8 实验系统连接的情况下,用鼠标右键点击 PC 机桌面上的“我的电脑”图标,弹出一个菜单,如图 1.9 所示。

图 1.10 “我的电脑”操作菜单

如图 1.9 那样,点击“属性(R)”菜单项,弹出系统属性对话框,如图 1.10。


图 1.11 系统属性对话框

选中“硬件”菜单项后,点击“设备管理器”按钮,弹出设备管理器窗口,如图 1.12 所示。

图 1.12 设备管理器窗口

在设备管理器窗口中可以找到该 USB 口代替的串口号。图 1.11 中是 COM1。具体的串口号根据 PC 机和当时 PC 机的具体环境而定。

⑵ 设置波特率等参数

由于串口调试助手需要和 TEC-8 实验系统上的单片机通讯,因此它设置的串口参数需要和单片机内设置的参数一致,即波特率为 2400 波特,数据位 8 位,无校验位,停止位 1 位。这些参数设置不正确将无法通讯。

⑶ 窗口下部空白区为 PC 数据发送窗口,其上面较大的空白区为 PC 数据接收窗口。4.修改 CM4~CM0 的步骤(备注:原则上不允许修改以免设备不能正常工作,如果需要修改请联系技术支持部门即可,当然 也可以自行修改,有其他疑问可再联系技术支持部门。如果想批量的修改 ROM 中的内容,可以查看随机光盘,内有 TEC8DOWNTO 软件,不用安装下在即可。跳线方式可参考 E2PROM 的两种工作方式中的特别提示。)


⑴ 编写二进制格式的微代码文件

微代码文件的格式是二进制。TEC-8 实验系统上使用的 E2PROM 的器件型号是 HN58C65。虽然 1 片 HN58C65 的容量是 2048 个字节,但是在 TEC-8 实验系统中作为控制存储器使用时, 每片 HN58C65 都只使用了 64 个字节。因此在改写控制存储器内容时,首先需要生成 5 个二进制文件,每个文件包含 64 个字节。

⑵ 连接编程电缆

在 TEC-8 关闭电源的情况下,用出厂时提供的编程电缆将 PC 机的一个 USB 口和 TEC-8 实验系统上的 USB 口相连。

⑶ 将编程开关拨到“编程”位置,DZ11 短路子放置“编程”位置。

⑷ 将串口调试助手程序打开,设置好串口号和参数。

⑸ 打开电源,按一下单片机复位键。

⑹ 发送微代码。

串口调试助手的接收区此时会显示信息‘WAITING FOR COMMAND ...’,提示等待命令。这个等待命令的提示信息是 TEC-8 实验系统发送给串口调试助手的,表示 TEC-8 实验系统已准备好接受命令。

一共有 5 个命令,分别是 0、1、2、3 和 4,分别对应被编程的 CM0、CM1、CM2、CM3 和 CM4。

如果准备修改 CM0,则在数据发送区写入‘0’,按‘手动发送’按钮,将命令‘0’发送给 TEC-8 实验系统,通知它要写 CM0 文件了。

数据接收区会出现‘PLEASE CHOOSE A CM FILE’。通过点击“选择发送文件”按钮选择要写入 CM0 的二进制文件。然后点击“发送文件”按钮将文件发往 TEC-8 实验系统。

TEC-8 实验系统接收数据并对 CM0 编程,然后它读出 CM0 的数据和从 PC 机接收到数据比较,不管正确与否,TEC-8 实验系统都向串口调试助手发回结果信息,在数据接收窗口显示出来。

对一个E2PROM 编程完成后,根据需要可再对其它E2PROM 编程,全部完成后,按一次TEC-8 实验系统上的“单片机复位”按钮结束编程。最后将编程开关拨到“正常”位置,并且将DZ11 放置在左端。

注意:对 CM0、CM1、CM2、CM3 和 CM4 的编程顺序无规定,只要在发出器件号后紧跟着发送该器件的编程数据(文件)即可。编程也可以只对一个或者几个 E2PROM 编程,不一定对 5 个 E2PROM 全部编程。


,

第 1 章 TEC-8 计算机硬件综合实验系统

1.1 TEC-8 实验系统的用途

TEC-8 计算机硬件综合实验系统,以下简称 TEC-8 实验系统,是清华大学科教仪器厂生产的一个专利产品,专利号 ZL 2007 2 0149391.9。它用于数字逻辑与数字系统、计算机组成原理、计算机体系结构三门课程的实验教学,也可用于数字系统的研究开发,为提高学生的动手能力、培养学生的创新精神提供了一个良好的舞台。

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、硬连线控制器和独立 3 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、硬连线控制器和独立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。

⑹ 控制存储器中的微代码可用 PC 计算机下载,省去了 E2PROM 器件的专用编程器和对器件的插、拔。

⑺ 运算器中 ALU 采用 2 片 74LS181 实现,4 个 8 位寄存器组用 1 片 EPM7064 实现,设计新颖。

⑻ 每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 扩展小板的通用区提供了 15 个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 CPLD 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。

1.3 TEC-8 实验系统组成

整个 TEC-8 计算机硬件综合实验系统由下列部分构成:电源、试验台、下载电缆、通讯线。下面分别对各个组成部分予以介绍:

⑴ 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+5V 电源指示灯。

⑵ 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。

⑶ 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 CPLD 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。

⑷ 通讯线

通讯线分为两种一种是 COM 转 COM 的,另外一种是 USB 转 COM 的。两种通讯线 COM 转

COM 的和 USB 转 COM 通讯线都是用于在 PC 机上在线修改控制存储器中的微代码。COM 转 COM 两端,一端直接连 PC 机器的 COM 口,另一端连试验台上的的 COM 口。USB 通讯线一端接 PC 机的 USB 口,另一端接实验台上的 COM 口。(两种转换线在配件中二选一。原则上标配 COM 转 COM).

1.4 逻辑测试笔

在数字电路实验中,对信号的测量是一个重要问题。常用的测试工具有示波器、万用表和逻辑测试笔。示波器的好处是直观、准确,用波形显示信号的状态,常用于对连续的周期波形进行测量,数字示波器对非周期信号的测量也很有效,缺点是造价较高。万用表价格便宜,使用方便,对信号电压能进行精确测量,缺点是不能测量脉冲信号。逻辑测试笔常用于测量信号的电平,判断一个较窄的脉冲是否发生以及发生了几个脉冲,缺点是无法对信号的电压作精确测量。数字电路实验中,关心的不是信号的具体电压而是信号的电平,逻辑测试笔作为一种方便、直观的测试工具,得到了广泛应用。TEC-8 实验台上许多信号都连接发光二极管作为指示灯,指示信号的电平,同时配备了逻辑测试笔。TEC-8 实验系统上配置的逻辑测试笔在测试信号的电平时,红灯亮表示高电平,绿灯亮表示低电平,红灯和绿灯都不亮表示高阻态。在测试脉冲个数时,首先按一次 Reset 按钮,使 2 个黄灯 D1、D0 灭,处于测试初始状态。TEC-8 实验台上的逻辑测试笔最多能够测试 3 个连续脉冲。测试信号的状态显示如表 1.1 所示。

表 1.1 指示灯对应得信号的状态

红绿

测试结果

D

测试结果

00

高阻态

00

没有脉冲

10

高电平

01

1 个脉冲

01

低脉冲

10

2 个脉冲

11

3 个脉冲

数字电路的测试大体上分为静态测试和动态测试两部分。静态测试指的是给定数字电路若干静态输入值,测量输出是否正确。在静态测试基础上,给数字电路输入端加脉冲信号, 用示波器或者逻辑测试笔测试数字电路输出是否正确。一般地说,时序电路应当进行动态测试。


1.5 TEC-8 实验系统结构和操作

1.5.1 模型计算机时序信号

TEC-8 模型计算机主时钟 MF 的频率为 1MHz,执行一条微指令需要 3 个节拍脉冲 T1、T2、

T3。TEC-8 模型计算机时序采用不定长机器周期,绝大多数指令采用 2 个机器周期 W1、W2, 少数指令采用一个机器周期 W1 或者 3 个机器周期 W1、W2、W3。

图 1.1 是 3 个机器周期的时序图。

MF

T1 T2

T3

W1

W2

W3

图 1.1 TEC-8 模型计算机时序图

1.5.2 模型计算机组成

图 1.2 是 TEC-8 模型计算机电路框图。下面介绍主要组成模块:时序发生器、算逻运算单元 ALU、双端口寄存器组 7064、数据开关 SD、双端口存储器 7132、组合逻辑控制器、微程序控制器、若干寄存器和若干选择器等;下面分别予以详细介绍:


数据总线 DBUS

4选1

选择器A

RD0

RD1

T1

T2

T3

W1

W2

W3

INTQ

时序发生器

MF

CLR#

QD

STOP

DP

INTEN

INTDI

INTP

SHORT

LONG

图 1.2 TEC-8 模型计算机框图

5


1.时序发生器

它由 2 片 GAL22V10 组成,产生节拍脉冲 T1、T2、T3,节拍电位 W1、W2、W3,以及中断请求信号 ITNQ。主时钟 MF 采用石英晶体振荡器产生的 1MHz 时钟信号。T1、T2、T3 的脉宽为 1 微妙。一个机器周期包含一组 T1、T2、T3。

2.算术逻辑单元 ALU

算术逻辑单元由 2 片 74LS181 加 1 片 74LS74、1 片 74LS244、1 片 74LS245、1 片 74LS30

组成,进行算术逻辑运算。74LS181 是一个 4 位的算术逻辑器件,2 个 74LS181 级联构成一个 8 位的算术逻辑单元。在 TEC-8 模型计算机中,算术逻辑单元 ALU 对 A 端口的 8 位数和 B 端口的 8 位数进行加、减、与、或和数据传送 5 种运算,产生 8 位数据结果、进位标志 C 和结果为 0 标志 Z。当信号 SBUS 为 1 时,将运算的数据结果送数据总线 DBUS。3.双端口寄存器组

双端口寄存器组由 ALTERA 公司的 1 片可编程器件 EPM7064 组成,向 ALU 提供两个运算操作数 A 和 B,保存运算结果。EPM7064 里面包含 4 个 8 位寄存器 R0、R1、R2、R3,4 选 1 选择器 A,4 选 1 选择器 B,2-4 译码器。在图 1.2 中,用虚线围起来的部分全部放在一个

EPM7064 中。4 个寄存器通过 4 选 1 选择器向 ALU 的 A 端口提供 A 操作数,通过 4 选 1 选择器 B 向 ALU 的 B 端口提供 B 操作数,2-4 译码器产生信号 LR0、LR1、LR2 和 LR3,选择保存运算数据结果的寄存器。

4.数据开关 SD7~SD0

8 位数据开关 SD7~SD0 是双位开关,拨到朝上位置时表示“1”,拨到朝下位置时表示“0”。用于编制程序并把程序放入存储器,设置寄存器 R3~R0 的值。通过拨动数据开关 SD7~SD0 得到的程序或者数据通过 SWD 送往数据总线 DBUS。SWD 是 1 片 74LS244。

5.双端口 RAM

双端口 RAM 由 1 片 IDT7132 及少许附加电路组成,存放程序和数据。双端口 RAM 是一种 2 个端口可同时进行读、写的存储器,2 个端口各有独立的存储器地址、数据总线和读、写控制信号。在 TEC-8 中,双端口存储器的左端口是个真正的读、写端口,用于程序的初始装入操作,从存储器中取数到数据总线 DBUS,将数据总线 DBUS 上的数写入存储器;右端口设置成只读方式,从右端口读出的指令 INS7~INS0 被送往指令寄存器 IR。

6.程序计数器 PC、地址寄存器 AR 和中断地址寄存器 IAR

程序计数器 PC 由 2 片 GAL22V10 和 1 片 74LS244 组成向双端口 RAM 的左端口提供存储器地址 PC7~PC0,程序计数器 PC 具有 PC 复位功能,从数据总线 DBUS 上装入初始 PC 功能,PC 加 1 功能,PC 和转移偏量相加功能。

地址寄存器 AR 由 1 片 GAL22V10 组成,向双端口 RAM 的左端口提供存储器地址 AR7~AR0。它具有从数据总线 DBUS 上装入初始 AR 功能和 AR 加 1 功能。

中断地址寄存器 IAR 是 1 片 74LS374,它保存中断时的程序地址 PC。7.指令寄存器 IR

指令寄存器是 1 片 74LS273,用于保存从双端口 RAM 中读出的指令。它的输出 IR7~IR4 送往硬连线控制器、微程序控制器,IR3~IR0 送往 2 选 1 选择器。

8、微程序控制器

微程序控制器产生 TEC-8 模型计算机所需的各种控制信号。它由 5 片 HN58C65、1 片

74LS174、3 片 74LS32 和 3 片 74LS06 组成。5 片 HN58C65 组成控制存储器,存放微程序代码;

1 片 74LS174 是微地址寄存器。3 片 74LS32 和 3 片 74LS08 组成微地址转移逻辑。

9.硬连线控制器

硬连线控制器由 1 片可编程器件 CPLD 组成,产生 TEC-8 模型计算机所需的各种控制信号。


10.控制信号切换电路

控制信号切换器由 7 片 74LS244 和 1 个三刀转换开关组成。拨动一次转换开关,就能够实现一次控制信号的切换。当转换开关拨到朝上位置时,硬连线控制器灯亮,TEC-8 模型计算机使用硬连线控制器产生的控制信号;当转换开关拨到中间位置时,TEC-8 模型计算机各个部件独立,控制信号需要通过开关来控制;当转换开关拨到朝下位置时,TEC-8 模型计算机使用微程序控制器产生的控制信号。

11.2 选 1 选择器

2 选 1 选择器由 1 片 74LS244 组成,用于在指令中的操作数 IR3~IR0 和控制信号

SEL3~SEL0 之间进行选择,产生目的寄存器编码 RD1、RD0,产生源寄存器编码 RS1、RS0。

1.6 模型计算机指令系统

TEC-8 模型计算机是个 8 位机,字长是 8 位。多数指令是单字指令,少数指令是双字指

令。指令使用 4 位操作码,最多容纳 16 条指令。

已实现加法、减法、逻辑与、加 1、存数、取数、Z 条件转移、C 条件转移、无条件转移、输出、中断返回、开中断、关中断和停机 14 条指令。指令系统如表 12.2 所示。

表 1.2 TEC-8 模型计算机指令系统

名称

助记符

功 能

指令格式

IR(7-4)

IR(3-2)

IR(1-0)

加法

ADD Rd, Rs

Rd ← Rd + Rs

0001

Rd

Rs

减法

SUB Rd, Rs

Rd ← Rd - Rs

0010

Rd

Rs

逻辑与

AND Rd, Rs

Rd ← Rd and Rs

0011

Rd

Rs

加 1

INC Rd

Rd ← Rd + 1

0100

Rd

XX

取数

LD Rd, [Rs]

Rd ← [Rs]

0101

Rd

Rs

存数

ST Rs, [Rd]

Rs → [Rd]

0110

Rd

Rs

C 条件转移

JC addr

C=1,则

PC←@ + offset

0111

offset

Z 条件转移

JZ addr

Z=1,则

PC←@ + offset

1000

offset

无条件转移

JMP [Rd]

PC ← Rd

1001

Rd

XX

输出

OUT Rs

DBUS ← Rs

1010

XX

Rs

中断返回

IRET

返回断点

1011

XX

XX

关中断

DI

禁止中断

1100

XX

XX

开中断

EI

允许中断

1101

XX

XX

停机

STP

暂停运行

1110

XX

XX

1.2 中,XX 代表随意值。Rs 代表源寄存器号,Rd 代表目的寄存器号。在条件转移指令中,@代表当前 PC 的值,offset 是一个 4 位的有符号数,第 3 位是符号位,0 代表正数,1 代表负数。注意:@不是当前指令的 PC 值,是当前指令的 PC 值加 1。

指令系统中,指令操作码 0000B 没有对应的指令,实际上指令操作码 0000B 对应着一条

nop 指令,即什么也不做的指令。当复位信号为 0 时,对指令寄存器 IR 复位,使 IR 的值为

00000000B,对应一条 nop 指令。这样设计的目的是适应指令流水的初始状态要求。


1.7 开关、按钮、指示灯

为了在实验过程中观察各种数据,TEC-8 实验系统设置了大量的指示灯。

1、与运算器有关的指示灯

信号名称

信号灯符号

备 注

数据总线指示灯

D7~D0

运算器 A 端口指示灯

A7~A0

运算器 B 端口指示灯

B7~B0

进位信号指示灯

C

结果为 0 信号指示灯

Z

2、与存储器有关的指示灯

信号名称

信号灯符号

备 注

程序计数器指示灯

PC7~PC0

地址指示灯

AR7~AR0

存储器右端口数据指示灯

INS7~INS0

指令寄存器指示灯

IR7~IR0

双端口存储器右端口数据指示灯

INS7~INS0

3、与微程序控制器有关的信号指示灯

在使用微程序控制器时,控制信号指示灯指示微程序控制器产生的控制信号以及后继微地址 NµA5~NµA0 和判别位 P4~P0,微地址指示灯指示当前的微地址 µA5~µA0;微地址指示灯

µA5~µA0、后继微地址 NµA4~NµA0 和判别位指示灯 P4~P0 只在微程序控制器方式下有实际意义,在硬布线控制器和独立方式下没有实际意义。

信号名称

信号灯符号

备 注

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