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4.具体实验步骤：将“控制转换”开关拨到最中间位置既“独立”灯亮。第一步：测试寄存器写入和读出；【操作模式：1100】 接线表和置开关如下表：
备注：写寄存器完成后可以直接在写寄存器操作模式下，通过 K6、K5 拨动开关查看写入寄存器中的数据，对应的数据灯：A7~A0。通过 K2、K1 拨动开关也可以查看写入寄存器中的数据，对应的数据灯 B7~B0。
2.1.3 实验报告记录：
2.2 双端口存储器实验2.2.1 双端口存储器实验：微程序控制器方式一、实验类别 原理性+分析性 二、实验目的 ⑴了解双端口静态存储器 IDT7132 的工作特性及其使用方法； ⑵了解半导体存储器怎样存储和读取数据； ⑶了解双端口存储器怎样并行读写； ⑷熟悉 TEC-8 模型计算机中存储器部分的数据通路。三、实验设备
四、实验电路 图 2.3 是双端口存储器实验的电路图。
INS7—INS0
LAR ARINC T3 PC7—PC0
T3 DBUS SBUS SWD IR3—IR0 IR7—IR0
图 2.3 双端口存储器实验电路图双端口 RAM 电路 由 1 片 IDT7132 及少许附加电路组成，存放程序和数据。IDT7132 有 2 个端口，一个称为左端口，一个称为右端口。2 个端口各有独立的存储器地址线、数据线和 3 个读、写控制信号： CE#、R/W#和 OE#，可以同时对器件内部的同一存储体同时进行读、写。IDT7132 容量为 2048 字节，TEC-8 实验系统只使用 64 字节。 在 TEC-8 实验系统中，左端口配置成读、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。当信号 MEMW 为 1 时，在 T2 为 1 时，将数据总线 DBUS 上的数 D7~D0 写入 AR7~AR0 指定的存储单元；当 MBUS 信号为 1 时，AR7~AR0 指定的存储单元的数送数据总线 DBUS。右端口设置成只读方式，从 PC7~PC0 指定的存储单元读出指令 INS7~INS0，送往指令寄存器 IR。 程序计数器 PC 由 2 片 GAL22V10(U53 和 U54)组成。向双端口 RAM 的右端口提供存储器地址。当复位信号 CLR#为 0 时，程序计数器复位，PC7~PC0 为 00H。当信号 LPC 为 1 时，在 T3 的上升沿，将数据总线 DBUS 上的数 D7~D0 写入 PC。当信号 PCINC 为 1 时，在 T3 的上升沿，完成 PC 加 1。当 PCADD 信号为 1 时，PC 和 IR 中的转移偏量(IR3~IR0)相加，在 T3 的上升沿，将相加得到的和写入 PC 程序计数器。 地址寄存器 AR 由 1 片 GAL22V10(U58)组成，向双端口 RAM 的左端口提供存储器地址 AR7~AR0。当复位信号 CLR#为 0 时，地址寄存器复位，AR7~AR0 为 00H。当信号 LAR 为 1 时， 在 T3 的上升沿，将数据总线 DBUS 上的数 D7~D0 写入 AR。当信号 ARINC 为 1 时，在 T3 的上升沿，完成 AR 加 1。 指令寄存器 IR 是 1 片 74LS273(U47)，用于保存指令。当信号 LIR 为 1 时，在 T3 的上升沿，将从双端口 RAM 右端口读出的指令 INS7~INS0 写入指令寄存器 IR。 数据开关 SD7~SD0 用于设置双端口 RAM 的地址和数据。当信号 SBUS 为 1 时，数 SD7~SD0 送往数据总线 DBUS。本实验中用到的信号归纳如下：
上述信号都有对应的指示灯。当指示灯灯亮时，表示对应的信号为 1；当指示灯不亮时， 对应的信号为 0。实验过程中，对每一个实验步骤，都要记录上述信号(可以不纪录 SETCTL) 的值。另外 µA5~µA0 指示灯指示当前微地址。 五、实验任务1．从存储器地址 10H 开始，通过左端口连续向双端口 RAM 中写入 3 个数：85H，60H，38H。在写的过程中，在右端口检测写的数据是否正确。 2．从存储器地址 10H 开始，连续从双端口 RAM 的左端口和右端口同时读出存储器的内容。 六、实验步骤1．实验准备 将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置。打开电源。 2．进行存储器读、写实验⑴设置存储器读、写实验模式 按复位按钮 CLR，使 TEC-8 实验系统复位。指示灯 µA5~µA0 显示 00H。将操作模式开关设置为 SWC=1、SWB=1、SWA=0，准备进入双端口存储器实验。 按一次 QD 按钮，进入存储器读、写实验。 ⑵设置存储器地址 指示灯 µA5~µA0 显示 0DH。在数据开关 SD7~SD0 上设置地址 10H。在数据总线 DBUS 指示灯 D7~D0 上可以看到地址设置的正确不正确，发现错误需及时改正。设置地址正确后，按一次 QD 按钮，将SD7~SD0 上的地址写入地址寄存器 AR(左端口存储器地址)和程序计数器 PC(右端口存储器地址)，进入下一步。 ⑶写入第 1 个数 指示灯 µA5~µA0 显示 1AH。指示灯 AR7~AR0(左端口地址)显示 10H，指示灯 PC7~PC0(右端口地址)显示 10H。在数据开关 SD7~SD0 上设置写入存储器的第 1 个数 85H。按一次 QD 按钮，将数 85H 通过左端口写入由 AR7~AR0 指定的存储器单元 10H。 ⑷写入第 2 个数 指示灯 µA5~µA0 显示 1BH。指示灯 AR7~AR0(左端口地址)显示 11H，指示灯 PC7~PC0(右端口地址)显示 10H。观测指示灯 INS7~INS0 的值，它是通过右端口读出的由右地址 PC7~PC0 指定的存储器单元 10H 的值。比较和通过左端口写入的数是否相同。在数据开关 SD7~SD0 上设置写入存储器的第 2 个数 60H。按一次 QD 按钮，将第 2 个数通过左端口写入由 AR7~AR0 指定的存储器单元 11H。 ⑸写入第 3 个数 指示灯 µA5~µA0 显示 1CH。指示灯 AR7~AR0(左端口地址)显示 12H，指示灯 PC7~PC0(右端口地址)显示 11H。观测指示灯 INS7~INS0 的值，它是通过右端口读出的由右地址 PC7~PC0 指定的存储器单元 11H 的值。比较和通过左端口写入的数是否相同。在数据开关 SD7~SD0 上设置写入存储器的第 3 个数 38H。按一次 QD 按钮，将第 3 个数通过左端口写入由 AR7~AR0 指定的存储器单元 12H。 ⑹重新设置存储器地址 指示灯 µA5~µA0 显示 1DH。指示灯 AR7~AR0(左端口地址)显示 13H，指示灯 PC7~PC0(右端口地址)显示 12H。观测指示灯 INS7~INS0 的值，它是通过右端口读出的由右地址 PC7~PC0 指定的存储器单元 12H 的值。比较和通过左端口写入的数是否相同。在数据开关 SD7~SD0 重新设置存储器地址 10H。按一次 QD 按钮，将 SD7~SD0 上的地址写入地址寄存器 AR(左端口存储器地址)和程序计数器 PC(右端口存储器地址)，进入下一步。 ⑺左、右两 2 个端口同时显示同一个存储器单元的内容。 指示灯 µA5~µA0 显示 1FH。指示灯 AR7~AR0(左端口地址)显示 10H，指示灯 PC7~PC0(右端口地址)显示 10H。观测指示灯 INS7~INS0 的值，它是通过右端口读出的由右地址 PC7~PC0 指定的存储器单元 10H 的值。观测指示灯 D7~D0 的值，它是从左端口读出的由 AR7~AR0 指定的存储器单元 10H 的值。 按一次 QD 按钮，地址寄存器 AR 加 1，程序计数器 PC 加 1，在指示灯 D7~D0 和指示灯 INS7~INS0 上观测存储器的内容。继续按 QD 按钮，直到存储器地址 AR7~AR0 为 12H 为止。 七、实验要求1．做好实验预习，掌握双端口存储器的使用方法和 TEC-8 模型计算机存储器部分的数据通路。 2．写出实验报告，内容是： ⑴实验目的。 ⑵根据实验结果填写表 2.1。 表 2.1 双端口存储器实验结果表
⑶结合实验现象，在每一实验步骤中，对下述信号所起的作用进行解释：SBUS、MBUS、 LPC、PCINC、LAR、ARINC、MEMW。并说明在该步骤中，哪些信号是必需的，哪些信号不是必需的，哪些信号必需采用实验中使用的值，哪些信号可以不采用实验中使用的值。 八、可研究和探索的问题1．在通过左端口向双端口 RAM 写数时，在右端口可以同时观测到左端口写入的数吗？为什么？ 2.2.2 双端口存储器实验：独立方式一、实验类别 原理性+分析性+操作性 二、实验目的 ⑴了解双端口静态存储器 IDT7132 的工作特性及其使用方法； ⑵了解半导体存储器怎样存储和读取数据； ⑶了解双端口存储器怎样并行读写； ⑷熟悉 TEC-8 模型计算机中存储器部分的数据通路。三、实验设备
四、实验电路 图 2.4 是双端口存储器实验的电路图。
INS7—INS0
LAR ARINC T3 PC7—PC0
T3 DBUS SBUS SWD IR3—IR0 IR7—IR0
图 2.4 双端口存储器实验电路图双端口 RAM 电路 由 1 片 IDT7132 及少许附加电路组成，存放程序和数据。IDT7132 有 2 个端口，一个称为左端口，一个称为右端口。2 个端口各有独立的存储器地址线、数据线和 3 个读、写控制信号： CE#、R/W#和 OE#，可以同时对器件内部的同一存储体同时进行读、写。IDT7132 容量为 2048 字节，TEC-8 实验系统只使用 64 字节。 在 TEC-8 实验系统中，左端口配置成读、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。当信号 MEMW 为 1 时，在 T2 为 1 时，将数据总线 DBUS 上的数 D7~D0 写入 AR7~AR0 指定的存储单元；当 MBUS 信号为 1 时，AR7~AR0 指定的存储单元的数送数据总线 DBUS。右端口设置成只读方式，从 PC7~PC0 指定的存储单元读出指令 INS7~INS0，送往指令寄存器 IR。 程序计数器 PC 由 2 片 GAL22V10(U53 和 U54)组成。向双端口 RAM 的右端口提供存储器地址。当复位信号 CLR#为 0 时，程序计数器复位，PC7~PC0 为 00H。当信号 LPC 为 1 时，在 T3 的上升沿，将数据总线 DBUS 上的数 D7~D0 写入 PC。当信号 PCINC 为 1 时，在 T3 的上升沿，完成 PC 加 1。当 PCADD 信号为 1 时，PC 和 IR 中的转移偏量(IR3~IR0)相加，在 T3 的上升沿，将相加得到的和写入 PC 程序计数器。 地址寄存器 AR 由 1 片 GAL22V10(U58)组成，向双端口 RAM 的左端口提供存储器地址 AR7~AR0。当复位信号 CLR#为 0 时，地址寄存器复位，AR7~AR0 为 00H。当信号 LAR 为 1 时， 在 T3 的上升沿，将数据总线 DBUS 上的数 D7~D0 写入 AR。当信号 ARINC 为 1 时，在 T3 的上升沿，完成 AR 加 1。 指令寄存器 IR 是 1 片 74LS273(U47)，用于保存指令。当信号 LIR 为 1 时，在 T3 的上升沿，将从双端口 RAM 右端口读出的指令 INS7~INS0 写入指令寄存器 IR。 数据开关 SD7~SD0 用于设置双端口 RAM 的地址和数据。当信号 SBUS 为 1 时，数 SD7~SD0 送往数据总线 DBUS。本实验中用到的信号归纳如下：
上述信号都有对应的指示灯。当指示灯灯亮时，表示对应的信号为 1；当指示灯不亮时， 对应的信号为 0。实验过程中，对每一个实验步骤，都要记录上述信号(可以不纪录 SETCTL) 的值。另外 µA5~µA0 指示灯指示当前微地址。 五、实验任务1．从存储器地址 10H 开始，通过左端口连续向双端口 RAM 中写入 3 个数：85H，60H，38H。在写的过程中，在右端口检测写的数据是否正确。 2．从存储器地址 10H 开始，连续从双端口 RAM 的左端口和右端口同时读出存储器的内容。 六、实验步骤及实验结果第 1 步：将“控制转换”开关拨到中间位置既“独立”灯亮，双端口存储器实验；【操作模式：1110】，拨动编程开关到正常位置。 第 2 步：开关与控制信号之间的接线图：
第 3 步：实验的具体步骤和信号：
2.2.3 实验报告记录：
2.3 数据通路实验2.3.1 数据通路实验：微程序控制器方式一、实验类型 原理性+分析性 二、实验目的⑴进一步熟悉 TEC-8 模型计算机的数据通路的结构； ⑵进一步掌握数据通路中各个控制信号的作用和用法； ⑶掌握数据通路中数据流动的路径。三、实验设备
四、实验原理数据通路实验电路图如图 2.4 所示。它由运算器部分、双端口存储器部分加上数据开关 SD7~SD0 连接在一起构成。 M S0 S1 S2 Z C ALU ABUS LDC DBUS MBUS INS7—INS0
LDZ MEMW
A端口 B端口 T3 T2 RD1 RD0 LR0 LR1
A7—A0 B7—B0
选择器B RS0 RS1 AR7—AR0 CLR#
ARINC T3 DBUS PC7—PC0
IR3—IR0 LR0 LR1 LR2 LR3 DRW R0 R1 DRW R2 DRW R3 DRW T3 T3 T3 T3 DBUS
数据通路中各个部分的作用和工作原理在 2.1 节和 2.2 节已经做过详细说明，不再重 述。这里主要说明 TEC-8 模型计算机的数据流动路径和方式。 在进行数据运算操作时，由 RD1、RD0 选中的寄存器通过 4 选 1 选择器 A 送往 ALU 的 A 端口，由 RS1、RS0 选中的寄存器通过 4 选 1 选择器 B 送往 ALU 的 B 端口；信号 M、S3、S2、 S1、S1 和 S0 决定 ALU 的运算类型，ALU 对 A 端口和 B 端口的两个数连同 CIN 的值进行算数逻辑运算，得到的数据运算结果在信号 ABUS 为 1 时送往数据总线 DBUS；在 T3 的上升沿， 数据总线 DBUS 上的数据结果写入由 RD1、RD0 选中的寄存器。 在寄存器之间进行数据传送操作时，由 RS1、RS0 选中的寄存器通过 4 选 1 选择器 B 送往 ALU 的 B 端口；ALU 将 B 端口的数在信号 ABUS 为 1 时送往数据总线 DBUS；在 T3 的上升沿将数据总线上的数写入由 RD1、RD0 选中的寄存器。ALU 进行数据传送操作由一组特定的 M、 S3、S2、S1、S0、CIN 的值确定。 在进行运算操作时，由 RS1、RS0 选中的寄存器通过 4 选 1 选择器 B 送往 ALU 的 B 端口； 由 RD1、RD0 选中的寄存器通过 4 选 1 选择器 A 送往 ALU 的 A 端口；ALU 对数 A 和 B 进行运算，运算的数据结果在信号 ABUS 为 1 时送往数据总线 DBUS；在 T3 的上升沿将数据总线上的数写入由 RD1、RD0 选中的寄存器。ALU 进行何种运算操作由 M、S3、S2、S1、S0、CIN 的值确定。 在从存储器中取数操作中，由地址 AR7~AR0 指定的存储器单元中的数在信号 MEMW 为 0 时被读出；在 MBUS 为 1 时送数据总线 DBUS；在 T3 的上升沿写入由 RD1、RD0 选中的寄存器。 在写存储器操作中，由 RS1、RS0 选中的寄存器过 4 选 1 选择器 B 送 ALU 的 B 端口；ALU 将 B 端口的数在信号 ABUS 为 1 时送往数据总线 DBUS；在 MEMW 为 1 且 MBUS 为 0 时，通过左端口将数据总线 DBUS 上的数在 T2 为 1 期间写入由 AR7~AR0 指定的存储器单元。 在读指令操作时，通过存储器右端口读出由 PC7~PC0 指定的存储器单元的内容送 INS7~INS0，当信号 LIR 为 1 时，在 T3 的上升沿写入指令寄存器 IR。 数据开关 SD7~SD0 上的数在 SBUS 为 1 时送到数据总线 DBUS 上，用于给寄存器 R0、R1、 R2 和 R3，地址寄存器 AR，程序计数器 PC 设置初值，用于通过存储器左端口向存储器写入测试程序。 数据通路实验中涉及到的信号如下：
上述信号都有对应的指示灯。当指示灯灯亮时，表示对应的信号为 1；当指示灯不亮时， 对应的信号为 0。实验过程中，对每一个实验步骤，都要记录上述信号的值。另外 µA5~µA0 指示灯指示当前微地址。 五、实验任务1．将数 75H 写到寄存器 R0，数 28H 写道寄存器 R1，数 89H 写到寄存器 R2，数 32H 写到寄存器 R3。 2．将寄存器 R0 中的数写入存储器 20H 单元，将寄存器 R1 中的数写入存储器 21H 单元，将寄存器 R2 中的数写入存储器 22H 单元，将寄存器 R3 中的数写入存储器 23H 单元。 3．从存储器 20H 单元读出数到存储器 R3，从存储器 21H 单元读出数到存储器 R2，从存储器 21H 单元读出数到存储器 R1，从存储器 23H 单元读出数到存储器 R0。 4．显示 4 个寄存器 R0、R1、R2、R3 的值，检查数据传送是否正确。 六、实验步骤1．实验准备将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置。打开电源。2．进行数据通路实验 ⑴设置数据通路实验模式 首先将“控制转换”开关拨到最下方位置既“微程序”灯亮。按复位按钮 CLR，使 TEC-8 实验系统复位。指示灯 µA5~µA0 显示 00H。将操作模式开关设置为 SWC=1、SWB=1、SWA=1， 准备进入数据通路实验。 按一次 QD 按钮，进入数据通路实验。 ⑵将数 75H 写到寄存器 R0、数 28H 写到 R1、数 89H 写到 R2、数 32H 写到 R3。 。指示灯 µA5~µA0 显示 0FH。在数据开关 SD7~SD0 上设置数 75H。在数据总线 DBUS 指示灯 D7~D0 上可以看到数设置得正确不正确，发现错误需及时改正。数设置正确后，按一次 QD 按钮，将 SD7~SD0 上的数写入寄存器 R0，进入下一步。 依照写 R0 的方式，在指示灯 µA5~µA0 显示 32H 时，在指示灯 B7~B0 观测寄存器 R0 的值， 将数 28H 写入 R1；在指示灯 µA5~µA0 显示 33H 时，在指示灯 B7~B0 上观测 R1 的值，将数 89H 写入 R2；在指示灯 µA5~µA0 显示 34H 时，在指示灯 B7~B0 上观测 R2 的值，将数 32H 写入 R3。 ⑶设置存储器地址 AR 和程序计数器 PC 指示灯 µA5~µA0 显示 35H。此时指示灯 B7~B0 显示寄存器 R3 的值。在数据开关 SD7~SD0 上设置地址 20H。在数据总线 DBUS 指示灯 D7~D0 上可以看到地址设置得正确不正确。地址设置正确后，按一次 QD 按钮，将 SD7~SD0 上的地址写入地址寄存器 AR 和程序计数器 PC， 进入下一步。 ⑷将寄存器 R0、R1、R2、R3 中的数依次写入存储器 20H、21H、22H 和 23H 单元。 指示灯 µA5~µA0 显示 36H。此时指示灯 AR7~AR0 和 PC7~PC0 分别显示出存储器左、右两个端口的存储器地址。指示灯 A7~A0、B7~B0 和 D7~D0 都显示寄存器 R0 的值。按一次 QD 按钮，将 R0 中的数写入存储器 20H 单元，进入下一步。 依照此法，在指示灯 µA5~µA0 显示 37H 时，在 INS7~INS0 上观测存储器 20H 单元的值， 将 R1 中的数写入存储器 21H 单元；在指示灯 µA5~µA0 显示 38H 时，在 INS7~INS0 上观测存储器 21H 单元的值，将 R2 中的数写入存储器 22H 单元；在指示灯 µA5~µA0 显示 39H 时，在 INS7~INS0 上观测存储器 22H 单元的值，将 R3 中的数写入存储器 23H 单元。 ⑸重新设置存储器地址 AR 和程序计数器 PC 指示灯 µA5~µA0 显示 3AH。此时指示灯 PC7~PC0 显示 23H，INS7~INS0 显示存储器 23H 单元中的数。在数据开关 SD7~SD0 上设置地址 20H。按一次 QD 按钮，将地址 20H 写入地址寄存器 AR 和程序计数器 PC，进入下一步。 ⑹将存储器 20H、21H、22H 和 23H 单元中的数依次写入寄存器 R3、R2、R1 和 R0。 指示灯 µA5~µA0 显示 3BH。此时指示灯 AR7~AR0 和 PC7~PC0 显示 20H，指示灯 D7~D0 和 INS7~INS0 同时显示存储器 20H 中的数，按一次 QD 按钮，将存储器 20H 单元中的数写入寄存器 R3，进入下一步。 依照此法，在指示灯 µA5~µA0 显示 3CH 时，在指示灯 B7~B0 上观测 R3 的值，将存储器 21H 单元中的数写入寄存器 R2；在指示灯 µA5~µA0 显示 3DH 时，在指示灯 B7~B0 上观测 R2 的值，将存储器 22H 单元中的数写入寄存器 R1；在指示灯 µA5~µA0 显示 3EH 时，在指示灯 B7~B0 上观测 R1 的值，将存储器 23H 单元中的数写入寄存器 R0。 ⑺观测 R0 的值 指示灯 µA5~µA0 显示 00H。此时指示灯 A7~A0 显示 R0 的值，指示灯 B7~B0 显示 R3 的值。七、实验要求 1．做好实验预习，掌握 TEC-8 模型计算机的数据通路及各种操作情况下的数据流动路径和流动方向。 2．写出实验报告，内容是： ⑴实验目的。 ⑵根据实验结果填写表 2.3。 表 2.3 数据通路实验结果表
⑶结合实验现象，在每一实验步骤中，对下述信号所起的作用进行解释：SBUS、MBUS、 LPC、PCINC、LAR、ARINC、MEMW、M、S0、S1、S2、S3、CIN、ABUS、SEL3、SEL2、SEL1、SEL0、 DRW、SBUS。并说明在该步骤中，哪些信号是必需的，哪些信号不是必需的，哪些信号必需采用实验中使用的值，哪些信号可以不采用实验中使用的值。 ⑷写出下列操作时，数据的流动路径和流动方向：给寄存器置初值、设置存储器地址、将寄存器中的数写到存储器中，从存储器中读数到寄存器。 八、可探索和研究的问题1．如果用 I-cache 和 D-cache 来代替双端口存储器，请提出一种数据通路方案。 2.3.2 实验报告记录：
2.3.3 数据通路实验：独立方式： 首先将“控制转换”开关拨到最中间位置既“独立”灯亮。【操作模式：1111】
2.3.4 实验报告记录：
2.4 微程序控制器实验2.4.1 微程序控制器实验部分 一、实验类型 原理性+设计性+分析性 二、实验目的⑴掌握微程序控制器的原理 ⑵掌握 TEC-8 模型计算机中微程序控制器的实现方法，尤其是微地址转移逻辑的实现方法。 ⑶理解条件转移对计算机的重要性。三、实验设备
四、实验电路微程序控制器与硬连线控制器相比，由于其规整性、易于设计以及需要的时序发生器相对简单，在上世纪七、八十年代得到广泛应用。本实验通过一个具体微程序控制器的实现使学生从实践上掌握微程序控制器的一般实现方法，理解控制器在计算机中的作用。 1.微指令格式
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 图 2.5 微指令格式 前面的 3 个实验已经介绍了主要的微命令(控制信号)，介绍过的微命令不再重述，这里介绍后继微地址、判别字段和其它的微命令。
由于 TEC-8 模型计算机有微程序控制器和硬连线控制器 2 个控制器，因此微程序控制器产生的控制信号以前缀“A-”标示，以便和硬连线控制器产生的控制信号区分。硬连线控制器产生的控制信号以前缀“B-”标示。 2.微程序流程图根据指令系统和控制台功能和数据通路，TEC-8 模型计算机的微程序流程图如图 2.6 所示。图 2.6 中，为了简洁，将许多以“A-”为前缀的信号，省略了前缀。 需要说明的是，图 2.6 中没有包括运算器组成实验、双端口存储器实验和数据通路三部分。这三部分的微程序很简单，微程序都是顺序执行的，根据这三个实验很容易画出。
图 2.6 TEC-8 模型计算机微程序流程图 44
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操作模式 |
功能选择 |
备注 |
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000 |
启动程序运行 |
|
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001 |
写存储器 |
|
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010 |
读存储器 |
|
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011 |
读寄存器 |
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100 |
写寄存器 |
按一次复位按钮 CLR 按钮，能够结束本次跟踪操作，开始下一次跟踪操作。
按复位按钮 CLR 后，设置操作模式开关 SWC=0、SWB=0、SWA=0，按一次 QD 按钮，则进入启动程序运行模式。设置电平开关 K3~K0，使其代表希望的指令操作码 IR7~IR4，按 QD 按钮， 跟踪指令的执行。
按一次复位按钮 CLR 按钮，能够结束本次跟踪操作，开始下一次跟踪操作。
1．认真做好实验的预习，掌握 TEC-8 模型计算机微程序控制器的工作原理。
2．写出实验报告，内容是：
⑴实验目的
⑵控制台操作的跟踪过程。写出每一步的微地址 µA5~µA0、判别位 P4~P0 和有关控制信号的值。
⑶写出这 4 种控制台操作的作用和使用方法。
⑷指令的跟踪过程。写出每一步的微地址 µA5~µA0、判别位 P4~P0 和有关控制信号的值。
⑸写出 TEC-8 模型计算机中的微地址转移逻辑的逻辑表达式。分析它和各种微程序分枝的对应关系。
1．试根据运算器组成实验、双端口存储器实验和数据通路实验的实验过程，画出这部分的微程序流程图。
2．你能将图 2.5 中的微指令格式重新设计压缩长度吗？
2.4.2 实验报告记录：
2.5.1 CPU 组成与机器指令的执行：微程序控制器方式一、实验类型 原理性+分析性+设计性
⑴用微程序控制器控制数据通路，将相应的信号线连接，构成一台能运行测试程序的
CPU。
⑵执行一个简单的程序，掌握机器指令与微指令的关系。
⑶理解计算机如何取出指令、如何执行指令、如何在一条指令执行结束后自动取出下一条指令并执行，牢固建立的计算机整机概念。
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序列号 |
名 称 |
数 量 |
备 注 |
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1 |
实验系统 |
1 台 |
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2 |
双踪示波器 |
1 台 |
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3 |
直流万用表 |
1 块 |
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4 |
逻辑测试笔 |
1 支 |
在试验箱上 |
四、 实验电路
本实验将前面几个实验中的所有电路，包括时序发生器、通用寄存器组、算术逻辑运算部件、存储器、微程序控制器等模块组合在一起，构成一台能够运行程序的简单处理机。数据通路的控制由微程序控制器完成，由微程序解释指令的执行过程，从存储器取出一条指令到执行指令结束的一个指令周期，是由微程序完成的，即一条机器指令对应一个微程序序列。
在本实验中，程序装入到存储器中和给寄存器置初值是在控制台方式下手工完成的，程序执行的结果也需要用控制台操作来检查。TEC-8 模型计算机的控制台操作如下：【控制转换开关放置在最下方，微程序灯亮】
⑴写存储器
写存储器操作用于向存储器中写测试程序和数据。
按复位按钮 CLR，设置 SWC=0、SWB=0、SWA=1。按 QD 按钮一次，控制台指示灯亮，指示灯 µA5~µA0 显示 03H，进入写存储器操作。在数据开关 SD7~SD0 上设置存储器地址，通过数据总线指示灯 D7~D0 可以检查地址是否正确。按 QD 按钮一次，将存储器地址写入地址寄存器 AR，指示灯 µA5~µA0 显示 02H，指示灯 AR7~AR0 显示当前存储器地址。在数据开关上设置被写的指令。按 QD 按钮一次，将指令写入存储器。写入指令后，从指示灯 AR7~AR0 上可以看到地址寄存器自动加 1。在数据开关上设置下一条指令，按 QD 按钮一次，将第 2 条指令写入存储器。这样一直继续下去，直到将测试程序全部写入存储器。
⑵读存储器
读存储器操作用于检查程序的执行结果和检查程序是否正确写入到存储器中。
按复位按钮 CLR，设置 SWC=0、SWB=1、SWA=0。按 QD 按钮一次，控制台指示灯亮，指示灯 µA5~µA0 显示 05H，进入读存储器操作。在数据开关 SD7~SD0 上设置存储器地址，通过指示灯 D7~D0 可以检查地址是否正确。按 QD 按钮一次，指示灯 AR7~AR0 上显示出当前存储器地址，在指示灯 D7~D0 上显示出指令或数据。再按一次 QD 按钮，则在指示灯 AR7~AR0 上显示出下一个存储器地址，在指示灯 D7~D0 上显示出下一条指令。一直操作下去，直到程序和数据全部检查完毕。
⑶写寄存器
写寄存器操作用于给各通用寄存器置初值。
按复位按钮 CLR，设置 SWC=1、SWB=0、SWA=0。按 QD 按钮一次，控制台指示灯亮，指示灯 µA5~µA0 显示 09H，进入写寄存器操作。在数据开关 SD7~SD0 上设置 R0 的值，通过指示灯 D7~D0 可以检查地址是否正确，按 QD 按钮，将设置的数写入 R0。指示灯 µA5~µA0 显示 08H， 指示灯 B7~B0 显示 R0 的值，在在数据开关 SD7~SD0 上设置 R1 的值，按 QD 按钮，将设置的数写入 R1。指示灯 µA5~µA0 显示 0AH，指示灯 B7~B0 显示 R1 的值，在在数据开关 SD7~SD0 上设置 R2 的值，按 QD 按钮，将设置的数写入 R2。指示灯 µA5~µA0 显示 0CH，指示灯 B7~B0 显示 R2 的值，在在数据开关 SD7~SD0 上设置 R3 的值，按 QD 按钮，将设置的数写入 R3。指示灯 µA5~µA0 显示 00H，指示灯 A7~A0 显示 R0 的值，指示灯 B7~B0 显示 R3 的值。
⑷读寄存器
读寄存器用于检查程序执行的结果。
按复位按钮 CLR，设置 SWC=0、SWB=1、SWA=1。按 QD 按钮一次，控制台指示灯亮，指示灯 µA5~µA0 显示 07H，进入读寄存器操作。指示灯 A7~A0 显示 R0 的值，指示灯 B7~B0 显示
R1 的值。按一次 QD 按钮，指示灯 µA5~µA0 显示 06H，指示灯 A7~A0 显示 R2 的值，指示灯
B7~B0 显示 R3 的值。
⑸启动程序运行
当程序已经写入存储器后，按复位按钮 CLR，使 TEC-6 模型计算机复位，设置 SWC=0、
SWB=0、SWA=0，按一次启动按钮 QD，则启动测试程序从地址 00H 运行。如果单拍开关 DP=1， 那么每按一次 QD 按钮，执行一条微指令；连续按 QD 按钮，直到测试程序结束。如果单拍开关 DP=0，那么按一次 QD 按钮后，程序一直运行到停机指令 STP 为止。如果程序不以停机指令 STP 结束，则程序将无限运行下去，结果不可预知。
1．将下面的程序手工汇编成二进制机器代码并装入存储器。
表 2.4 在预习时完成。表中地址 0FH、10H、11H 中存放的不是指令，而是数。此程序运行前要 R2 的值为 12H，R3 的值为 0FH。
表 2.4 预习时要求完成的手工汇编
|
地址 |
指令 |
机器 16 进制代码 |
|
00H |
LD R0，[R3] |
0101 0011【53】 |
|
01H |
INC R3 |
0100 1100【4C】 |
|
02H |
LD R1,[R3] |
0101 0111【57】 |
|
03H |
SUB R0,R1 |
0010 0001【21】 |
|
04H |
JZ 0BH |
1000 0110【86】 |
|
05H |
ST R0,[R2] |
0110 1000【68】 |
|
06H |
INC R3 |
0100 1100【4C】 |
|
07H |
LD R0，[R3] |
0101 0011【53】 |
|
08H |
ADD R0，R1 |
0001 0001【11】 |
|
09H |
JC 0CH |
0100 0010【72】 |
|
0AH |
INC R2 |
0100 1000【48】 |
|
0BH |
ST R2,[R2] |
0110 1010【6A】 |
|
0CH |
AND R0,R1 |
0011 0001【31】 |
|
0DH |
OUT R2 |
1010 0010【A2】 |
|
0EH |
STP |
1110 0000【E0】 |
|
0FH |
85H |
1000 0101【85】 |
|
10H |
23H |
0010 0011【23】 |
|
11H |
0EFH |
1110 1111【EF】 |
|
12H |
00H |
0000 0000【00】 |
2．通过简单的连线构成能够运行程序的 TEC-8 模型计算机。
TEC-8 模型计算机所需的连线很少，只需连接 6 条线，具体连线见实验步骤。
3． 将程序写入寄存器，并且给 R2、R3 置初值，跟踪执行程序，用单拍方式运行一遍，用连续方式运行一遍。用实验台操作检查程序运行结果。
1．实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置。
将信号 IR4-I、IR5-I、IR6-I、IR7-I、C-I、Z-I 依次通过接线孔与信号 IR4-O、IR5-O、IR6-O、IR7-O、C-O、Z-O 连接。使 TEC-8 模型计算机能够运行程序的整机系统。
打开电源。
⑴通过写存储器操作将程序写入存储器。
⑵通过读操作将程序逐条读出，检查程序是否正确写入了存储器。
⑶通过写寄存器操作设置寄存器 R2 为 12H、R3 为 0FH。
⑷通过读寄存器操作检查设置是否正确。
⑸将单拍开关 DP 设置为 1，使程序在单微指令下运行。
⑹按复位按钮 CLR，复位程序计数器 PC 为 00H。将模式开关设置为 SWC=0、SWB=0、SWA=0，准备进入程序运行模式。
⑺按一次 QD 按钮，进入程序运行。每按一次 QD 按钮，执行一条微指令，直到程序结束。
在程序执行过程中，记录下列信号的值：PC7~PC0、AR7~AR0、µA5~µA0、IR7~IR0、A7~A0、
B7~B0 和 D7~D0。
⑻通过读寄存器操作检查 4 个寄存器的值并记录。
⑼通过读存储器操作检查存储单元 12H、13H 的值并记录。
由于单拍方式下运行程序并没有改变存储器中的程序。因此只要重新设置 R2 为 12H、
R3 为 0FH。然后将单拍开关 DP 设置为 0，按复位按钮 CLR 后，将模式开关设置为 SWC=0、SWB=0、
SWA=0，准备进入程序运行模式。按一次 QD 按钮，程序自动运行到 STP 指令。通过读寄存器操作检查 4 个寄存器的值并记录。通过读存储器操作检查存储单元 12H、13H 的值并记录
。
1．认真做好实验的预习，在预习时将程序汇编成机器十六进制代码。
2．写出实验报告，内容是：
⑴实验目的。
⑵填写表 2.4。
⑶填写表 2.5。
表 2.5 单拍方式下指令执行结果指令执行跟踪结果
|
指令 |
µA |
PC |
AR |
IR |
A7~A0 |
B7~B0 |
D7~D0 |
⑷单拍方式和连续方式程序执行后 4 个寄存器的值、寄存器 12、13 单元的值。
⑸对表 2.5 中数据的分析、体会。
⑹结合第 1 条和第 2 条指令的执行，说明计算机中程序的执行过程。
⑺结合程序中条件转移指令的执行过程说明计算机中如何实现条件转移功能。
1．如果需要全面测试 TEC-8 模型计算机的功能，需要什么样的测试程序？请写出测试程序， 并利用测试程序对 TEC-8 模型计算机进行测试。
2.5.2 实验报告记录：
 |
2.6.1 中断原理实验部分：微程序控制器方式一、实验类型 原理性+分析性
⑴从硬件、软件结合的角度，模拟单级中断和中断返回的过程；
⑵通过简单的中断系统，掌握中断控制器、中断向量、中断屏蔽等概念；
⑶了解微程序控制器与中断控制器协调的基本原理；
⑷掌握中断子程序和一般子程序的本质区别，掌握中断的突发性和随机性。三、实验设备
1．TEC-8 模型计算机中的中断机构
TEC-8 模型计算机中有一个简单的单级中断系统，只支持单级中断、单个中断请求，有中断屏蔽功能，旨在说明最基本的工作原理。
TEC-8 模型计算机中有 2 条指令用于允许和屏蔽中断。DI 指令称作关中断指令。此条指令执行后，即使发生中断请求，TEC-8 也不响应中断请求。EI 指令称作开中断指令，此条指令执行后，TEC-8 响应中断。在时序发生器中，设置了一个允许中断触发器 EN_INT，当它为
1 时，允许中断，当它为 0 时，禁止中断发生。复位脉冲 CLR#使 EN_INT 复位为 0。使用 VHDL 语言描述的 TEC-8 中的中断控制器如下：
INT_EN_P: process(CLR#,MF,INTEN,INTDI,PULSE,EN_INT)
begin
if CLR# = '0' then EN_INT<= '0';
elsif MF'event and MF = '1' then
EN_INT <= INTEN or (EN_INT and (not INTDI));
end if;
INT <= EN_INT and PULSE;
end process；
在上面的描述中，CLR#是按下复位按钮CLR 后产生的低电平有效的复位脉冲，MF 是TEC-8的主时钟信号，INTEN 是执行 EI 指令产生的允许中断信号，INTDI 是执行 DI 指令产生的禁止中断信号，PULSE 是按下 PULSE 按钮产生的高电平有效的中断请求脉冲信号，INT 是时序发生电路向微程序控制器输出的中断程序执行信号。
为保存中断断点的地址，以便程序被中断后能够返回到原来的地址继续执行，设置了一个中断地址寄存器 IAR，参看第 1 章中的图 1.2。中断地址寄存器 IAR 是 1 片 74LS374(U44)。当信号 LIAR 为 1 时，在 T3 的上升沿，将 PC 保存在 IAR 中。当信号 IABUS 为 1 时，IABUS
中保存的 PC 送数据总线 DBUS，指示灯显示出中断地址。由于本实验系统只有一个断点寄存器而无堆栈，因此仅支持一级中断而不支持多级中断。
中断向量即中断服务程序的入口地址，本实验系统中由数据开关 SD7~SD0 提供。
一条指令的执行由若干条微指令构成。TEC-8 模型计算机中，除指令 EI、DI 外，每条指令执行过程的最后一条微指令都包含判断位 P4，用于判断有无中断发生，参看本章图 2.6。因此在每一条指令执行之后，下一条指令执行之前都要根据中断信号 INT 是否为 1 决定微程序分支。如果信号 INT 为 1，则转微地址 11H，进入中断处理；如果信号 INT 为 0，则转微地址 01H，继续取下一条指令然后执行。
检测到中断信号 INT 后，转到微地址 11H。该微指令产生 INTDI 信号，禁止新的中断发生，产生 LIAR 信号，将程序计数器 PC 的当前值保存在中断地址寄存器(断点寄存器)中，产生 STOP 信号，等待手动设置中断向量。在数据开关 SD7~SD0 上设置好中断地址后，机器将中断向量读到 PC 后，转到中服务程序继续执行。
执行一条指令 IRET，从中断地址返回。该条指令产生 IABUS 信号，将断点地址送数据总线 DBUS，产生信号 LPC，将断点从数据总线装入 PC，恢复被中断的程序。
发生中断时，关中断由硬件负责。而中断现场(包括 4 个寄存器、进位标志 C 和结果为
0 标志 Z)的保存和恢复由中断服务程序完成。中断服务程序的最后两条指令一般是开中断指令 EI 和中断返回指令 IRET。为了保证从中断服务程序能够返回到主程序，EI 指令执行后， 不允许立即被中断。因此，EI 指令执行过程中的最后一条微指令中不包含 P4 判别位。
1．了解中断每个信号的意义和变化条件，并将表 2.5 中的主程序和表 2.6 中的中断服务程序手工汇编成十六进制机器代码。此项任务在预习中完成。
表 2.5 主程序的机器代码
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地址 |
指令 |
机器代码 |
|
00H |
EI |
|
|
01H |
INC R0 |
|
|
02H |
INC R0 |
|
|
03H |
INC R0 |
|
|
04H |
INC R0 |
|
|
05H |
INC R0 |
|
|
06H |
INC R0 |
|
|
07H |
INC R0 |
|
|
08H |
INC R0 |
|
|
09H |
JMP [R1] |
表 2.6 中断服务程序的机器代码
|
地址 |
指令 |
机器代码 |
|
45H |
ADD R0，R0 |
|
|
46H |
EI |
|
|
46H |
IRET |
为了保证此程序能够循坏执行，应当将 R1 预先设置为 01H。R0 的初值设置为 0。2．将 TEC-8 连接成一个完整的模型计算机。
3．将主程序和中断服务程序装入存储器，执行 3 遍主程序和中断服务程序。列表记录中断有关信号的变化情况。特别记录好断点和 R0 的值。
4．将存储器 00H 中的 EI 指令改为 DI，重新运行程序，记录发生的现象。
1．实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置。
将信号 IR4-I、IR5-I、IR6-I、IR7-I、C-I、Z-I 依次通过接线孔与信号 IR4-O、IR5-O、IR6-O、IR7-O、C-O、Z-O 连接。使 TEC-8 模型计算机能够运行程序的整机系统。
打开电源。
3．执行 3 遍主程序和中断子程序
⑴通过控制台写寄存器操作将 R0 设置为 00H，将 R1 设置为 01H。
⑵将单拍开关 DP 设置为连续运行方式(DP=0)，按复位按钮 CLR，使 TEC-8 模型计算机复位。按 QD 按钮，启动程序从 00H 开始执行。
⑶按一次 PULSE 按钮，产生一个中断请求信号 PULSE，中断主程序的运行。记录下这时的断点 PC、R0(指示灯 A7~A0 上显示)的值。
⑷将单拍开关 DP 设置为单拍方式(DP=1)，在数据开关上设置中断服务程序的入口地址
45H。按 QD 按钮，一步步执行中断服务程序，直到返回到断点为止。
⑸按照步骤⑴~⑷，再重复做 2 遍。
七、实验要求
1．认真做好实验的预习，在预习时将程序汇编成机器十六进制代码。
2．写出实验报告，内容是：
⑴实验目的。
⑵填写表 2.5。
⑶填写表 2.6。
⑷填写表 2.7。
表 2.7 中断原理实验结果
|
执行程序顺序 |
PC 断点值 |
中断时的 R0 |
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第 1 遍 |
||
|
第 2 遍 |
||
|
第 3 遍 |
||
|
第 4 遍 |
⑷分析实验结果，得到什么结论？
⑸简述 TEC-8 模型计算机的中断机制。
1．在 TEC-8 模型计算机中，采用的是信号 PULSE 高电平产生中断。如果改为信号 PULSE 的上升沿产生中断，怎么设计时序发生器中的中断机制？提出设计方案。
2.6.2 实验报告记录：
2.1.1 运算器组成实验：为程序控制器方式一、实验类型：原理性+分析性
二、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。三、实验设备
|
序列号 |
名 称 |
数 量 |
备 注 |
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1 |
TEC-8 实验系统 |
1 台 |
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2 |
双踪示波器 |
1 台 |
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3 |
直流万用表 |
1 块 |
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|
4 |
逻辑测试笔 |
1 支 |
在实验箱上方 |
四、实验电路
为了进行本实验，首先需要了解 TEC-8 模型计算机的基本时序。在 TEC-8 中，执行一条微指令(或者在硬连线控制器中完成 1 个机器周期)需要连续的 3 个节拍脉冲 T1、T2 和 T3。它们的时序关系如图 2.1 所示：
T1 T2
T3
图 2.1 机器周期与 T1、T2、T3 时序关系图
对于运算器操作来说，在 T1 期间，产生 2 个 8 位参与运算的数 A 和 B，A 是被加数，B 是加数；产生控制运算类型的信号 M、S3、S2、S1、S0 和 CIN；产生控制写入 Z 标志寄存器的信号 LDZ 和控制写入 C 标志寄存器的信号 LDC，产生将运算的数据结果送往数据总线 DBUS的控制信号 ABUS。这些控制信号保持到 T3 结束；在 T2 期间，根据控制信号，完成某种运算功能；在 T3 的上升沿，保存运算的数据结果到一个 8 位寄存器中，同时保存进位标志 C 和结果为 0 标志 Z。
图 2.2 是运算器组成实验的电路图。
数据总线 DBUS
|
4选1 选择器A |
RD0 |
|
RD1 |
|
图 2.2 运算器组成实验电路图
双端口寄存器组由 1 片 EPM7064(U40)(图 2.2 中用虚线围起来的部分)组成，内部包含
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 和 1 个 2-4 译码器。根据信号 RD1、RD0 的值，4 选 1 选择器 A 从 4 个寄存器中选择 1 个寄存器送往 ALU 的 A 端口。根据信号 RS1、RS0 的值，4 选 1 选择器 B 从 4 个寄存器中选择 1 个寄存器送往 ALU 的 B 端口。2-4 译码器对信号 RD1、RD0 进行译码，产生信号 LR0、LR2、LR3、LR4，任何时刻这 4 个信号中只有一个为 1，其它信号为 0。LR3~LR0 指示出被写的寄存器。当 DRW 信号为 1 时， 如果 LR0 为 1，则在 T3 的上升沿，将数据总线 DBUS 上的数写入 R0 寄存器，余类推。
数据开关 SD7~SD0 是 8 个双位开关。用手拨动这些开关，能够生成需要的 SD7~SD0 的值。数据开关驱动器 SWD 是 1 片 74 LS 244(U50)。在信号 SBUS 为 1 时，SD7~SD0 通过 SWD 送往数据总线 DBUS。在本实验中，使用数据开关 SD7~SD0 设置寄存器 R0、R1、R2 和 R3 的值。
ALU 由 2 片 74LS181(U41 和 U42)、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，74 LS 245 和 74 LS 30 产生 Z 标志，74 LS 74 保存标志 C 和标志 Z。ALU 对 A7~A0 和 B7~B0 上的 2 个 8 位数据进行算术逻辑运算，运算后的数据结果在信号 ABUS 为 1 时送数据总线 DBUS(D7~D0)，运算后的标志结果在 T3 的上升沿保存进位标志位 C 和结果为 0 标志位 Z。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。
应当指出，74LS181 只是许多种能做做算术逻辑运算器件中的一种器件，这里它仅作为一个例子使用。
74LS181 能够进行 4 位的算术逻辑运算，2 片 74 LS 181 级连在一起能够 8 位运算，3 片 74LS181 级连在一起能够进行 12 位运算，余类推。所谓级联方式，就是将低 4 位 74LS181
＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿
的进位输出引脚 Cn+4 与高 4 位 74LS181 的进位输入引脚 Cn 连接。在 TEC-8 模型计算机中，
U42 完成低 4 位运算，U41 完成高 4 位运算，二者级连在一起，完成 8 位运算。在 ABUS 为 1 时，运算得到的数据结果送往数据总线 DBUS。数据总线 DBUS 有 4 个信号来源：运算器、存储器、数据开关和中断地址寄存器，在每一时刻只允许其中一个信号源送数据总线。
本实验中用到的信号归纳如下：
|
序列号 |
信号名 |
功能说明 |
|
1 |
S3、S2、S1、S0 |
控制 74LS181 的运算类型 |
|
2 |
CIN |
低位 74LS181 的进位输入 |
|
3 |
SEL3、SEL2(RD1、RD0) |
选择送 ALU 的 A 端口的寄存器 |
|
4 |
SEL1、SEL0(RS1、RS0) |
选择送 ALU 的 B 端口的寄存器 |
|
5 |
DRW |
=1 时，在 T3 上升沿对 RD1、RD0 选中的寄存器进行写操作，将数据总线 DBUS 上的数 D7~D0 写入选 定的寄存器 |
|
6 |
SETCTL |
=1 时，实验系统处于实验台状态。 =0 时，实验系统处于运行程序状态 |
|
7 |
SBUS |
=1 时，将运算结果送数据总线 DBUS |
|
=0 时，禁止运算结果送数据总线 DBUS |
||
|
8 |
ABUS |
=1 时，将运算结果送数据总线 DBUS |
|
9 |
=0 时，禁止运算结果送数据总线 DBUS |
|
|
10 |
M |
运算模式:M=0 为算术运算；M=1 逻辑运算； |
|
11 |
LDZ |
=1 时，如果运算结果为 0，在 T3 的上升沿，将 1 写入到 Z 标志寄存器；如果运算结果不为 0，将 0 保存到 Z 标志寄存器。 |
|
12 |
LDC |
=1 时，在 T3 的上升沿将运算得到的进位保存到 C 标志寄存器。 |
|
13 |
A7~A0 |
送往 ALU 的 A 端口的数 |
|
14 |
B7~B0 |
送往 ALU 的 B 端口的数 |
|
15 |
D7~D0 |
数据总线 DBUS 上的 8 位数 |
|
16 |
C |
进位标志 |
|
17 |
Z |
结果为 0 标志 |
上述信号都有对应的指示灯。当指示灯灯亮时，表示对应的信号为 1；当指示灯不亮时， 对应的信号为 0。实验过程中，对每一个实验步骤，都要记录上述信号(可以不纪录 SETCTL) 的值。另外 µA5~µA0 指示灯指示当前微地址。
应当指出，74LS181 对减法运算采用的是补码运算方式，即先求得[-减数]的补码，然后和被减数的补码相加的方式完成。因此一个较大的数减去一个较小的数，或者 2 个相等的数相减时产生进位。
五、实验任务
1．用双踪示波器和逻辑测试笔测试节拍脉冲信号 T1、T2、T3。
2．对下述 7 组数据进行加、减、与、或运算。
⑴A=F0H，B=10H ⑵A=FFH，B=AAH ⑶A=10H，B=F0H ⑷A=55H，B=AAH
⑸A=03H，B=05H ⑹A=C5H，B=61H ⑺A=0AH，B=0AH
六、实验步骤
1．实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置，将开关 DP 拨到向上位置。打开电源。
2．用逻辑测试笔测试节拍脉冲信号 T1、T2、T3
⑴将逻辑测试笔的一端插入 TEC-8 实验台上的“逻辑测试笔”上面的插孔中，另一端插入“T1”上方的插孔中。
⑵按复位按钮 CLR，使时序信号发生器复位。
⑶按一次逻辑测试笔框内的 Reset 按钮，使逻辑测试笔上的脉冲计数器复位，2 个黄灯
D1、D0 均灭。
⑷按一次启动按钮 QD，这时指示灯 D1、D0 的状态应为 01B，指示产生了一个 T1 脉冲； 如果再按一次 QD 按钮，则指示灯 D1、D0 的状态应当为 10B，表示又产生了一个 T1 脉冲； 继续按 QD 按钮，可以看到在单周期运行方式下，每按一次 QD 按钮，就产生一个 T1 脉冲。
⑸用同样的方法测试 T2、T3。
3．进行加、减、与、或实验
⑴设置加、减、与、或实验模式
按复位按钮 CLR，使 TEC-8 实验系统复位。指示灯 µA5~µA0 显示 00H。将操作模式开关设置为 SWC=1、SWB=0、SWA=1，准备进入加、减、与、或实验。
按一次 QD 按钮，产生一组节拍脉冲信号 T1、T2、T3，进入加、减、与、或实验。
⑵设置数 A
指示灯 µA5~µA0 显示 0BH。在数据开关 SD7~SD0 上设置数 A。在数据总线 DBUS 指示灯
D7~D0 上可以看到数据设置的正确不正确，发现错误需及时改正。设置数据正确后，按一次
QD 按钮，将 SD7~SD0 上的数据写入 R0，进入下一步。
⑶设置数 B
指示灯 µA5~µA0 显示 15H。这时 R0 已经写入，在指示灯 B7~B0 上可以观察到 R0 的值。在数据开关 SD7~SD0 上设置数 B。设置数据正确后，按一次 QD 按钮，将 SD7~SD0 上的数据写入 R1，进入下一步。
⑷进行加法运算
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 A+B。按一次 QD 按钮，进入下一步。
⑸进行减法运算
指示灯 µA5~µA0 显示 17H。这时指示灯 C(红色)显示加法运算得到的进位 C，指示灯 Z(绿色)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)，指示灯 D7~D0 显示运算结果 A-B。按一次 QD 按钮，进入下一步。
⑹进行与运算
指示灯 µA5~µA0 显示 18H。这时指示灯 C(红色)显示减法运算得到的进位 C，指示灯 Z(绿色)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)，指示灯 D7~D0 显示运算结果A and B。按一次 QD 按钮，进入下一步。
⑺进行或运算
指示灯 µA5~µA0 显示 19H。这时指示灯 Z(绿色)显示与运算得到的结果为 0 信号。指示灯 C 保持不变。指示灯 A7~A0 显示数 A(R0)，指示灯 B7~B0 显示数 B(R1)，指示灯 D7~D0 显示运算结果 A or B。按一次 QD 按钮，进入下一步。
⑻结束运算
指示灯 µA5~µA0 显示 00H。这时指示灯 Z(绿色)显示或运算得到的结果为 0 信号。指示灯 C 保持不变。
按照上述步骤，对要求的 7 组数据进行运算。七、实验要求
1．做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性。
2．写出实验报告，内容是：
⑴实验目的。
⑵根据实验结果填写表 2.1。
表 2.1 运算器组成实验结果数据表
|
实验数据 |
实验结果 |
||||||||||
|
数 A |
数 B |
加 |
减 |
与 |
或 |
||||||
|
数据结果 |
C |
Z |
数据结果 |
C |
Z |
数据结果 |
Z |
数据结果 |
Z |
||
⑶结合实验现象，每一实验步骤中，对下述信号在所起的作用进行解释：M、S0、S1、
S2、S3、CIN、ABUS、LDC、LDZ、SEL3、SEL2、SEL1、SEL0、DRW、SBUS。并说明在该步骤中， 哪些信号是必需的，哪些信号不是必需的，哪些信号必需采用实验中使用的值，哪些信号可以不采用实验中使用的值。
八、可探索和研究的问题
1．ALU 具有记忆功能吗？如果有，如何设计？
2．为什么在 ALU 的 A 端口和 B 端口的数据确定后，在数据总线 DBUS 上能够直接观测运算的数据结果，而标志结果却在下一步才能观测到？
2.1.2 
运算器组成实验：独立方式一、实验类型：原理性+分析性+操作性二、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、减等各种功能；
⑹按照表中提供的功能自行验证其中几种即可。三、实验设备
|
序列号 |
名 称 |
数 量 |
备 注 |
|
1 |
TEC-8 实验系统 |
1 台 |
|
|
2 |
双踪示波器 |
1 台 |
|
|
3 |
直流万用表 |
1 块 |
|
|
4 |
逻辑测试笔 |
1 支 |
在实验箱上方 |
四、实验电路和实验任务
数据总线 DBUS
|
4选1 选择器A |
RD0 |
|
RD1 |
|
图 2.3 运算器组成实验电路图
(1) 实验电路
上图 2.3 标识出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过试验台操作板上的 8 个二进制数据开关 SD7-SD0 来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆 RF 中。
双端口寄存器堆 RF 由 1 个 ALTERA EPM 7064 实现，功能相当于 4 个八位通用寄存器，用于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到双端口通用寄存器堆 RF 中保存。双端口寄存器堆模块 RF 的控制信号中 RD1、RD0 用于选择送 ALU 的 A 端口(左端口)的通用寄存器。RS1、RS0 用于选择送 ALU 的 B 端口(右端口)的通用寄存器。
(2) 实验任务
1.按图所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运算器模块内部的连线已经由印制电路板连接好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模拟开关、与运算模块的外部连线。特别注意：为了建立清楚的整机概念，培养严谨的科研能力，手工连线时绝对有必要的。
2.用开关 K15-K0 向通用寄存器堆 RF 内的 R3-R0 寄存器置数据。然后读出 R3-R0 的数据，在数据总线 DBUS 上显示出来。
3.验证 ALU 的正逻辑算术、逻辑运算功能。
注意：进位信号 C 是运算器 ALU 最高进 Cn+4 的反，既有进位为 1，无进位为 0。
|
选择方式 |
M=1 逻辑运算 |
M=0 算术运算 |
|||
|
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
逻辑运算 |
CN=1【有进位】 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
F=/A |
F=A |
|
0 |
0 |
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第二步：运算器实验【操作模式：1101】接线表和置开关如下表：
DBUS
MBUS MEMW T2
AR7—AR0 CLR#
CLR# PCADD LPC PCINC
LIR T3
DBUS
MBUS MEMW T2
AR7—AR0 CLR#
CLR# PCADD LPC PCINC
LIR T3
S3
CIN
LR2 LR3
4选1
LAR
SBUS
图 2.4 数据通路实验电路图
根据机器指令功能、格式和数据通路所需的控制信号，TEC-8 采用如图 2.5 所示的微指令格式。微指令字长 40 位，顺序字段 11 位(判别字段 P4~P0，后继微地址 NµA5~NµA0)，控制字段 29 位，微命令直接控制。
39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
00
1． 微程序控制器电路
根据 TEC-8 模型计算机的指令系统、控制台功能、微指令格式和微程序流程图，TEC-8 模型计算机微程序控制器电路如图 2.7 所示。
图 2.7 微程序控制器电路图