TEC-8 运算器组成实验

计算机组成原理实验,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室2016年3月,目录,TEC-8实验系统简介运算器组成实验双端口存储器实验数据通路实验微程序控制器实验CPU组成与机器指令的执行中断原理实验,TEC-8,2,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,实验报告要求,交两份综合实验报告：数据通路综合测试报告1.运算器部分测试报告(芯片及硬件电路分析、测试方案详解、测试数据及分析、实验结论）。2.存储器部分测试报告(芯片及硬件电路分析、测试方案详解、测试数据及分析、实验结论）。3.数据通路完整测试报告(电路分析、测试方案详解、测试数据及分析，实验结论）4.实验心得,实验报告要求,微程序控制器及CPU取指综合测试报告1.微程序控制器部分测试报告(芯片及硬件电路分析、微指令格式分析、流程图测试详解）。2.模型机CPU取指测试报告(整体框图分析、测试程序分析、测试过程及结果详解、实验结论）。3.中断测试报告(硬件中断原理分析、测试程序分析、执行及结果分析，实验结论）4.实验心得。,TEC-8实验系统简介,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,5,TEC-8实验系统简介,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,6,数码管,逻辑笔,硬布线/独立/微程序转换,VGA接口,电源指示,LOG,微程序控制器单片机,交通灯,喇叭,LED显示,运算器,存储器,EPM7128,VCCGND,时钟源,电位器,单脉冲,时序,操作模式,数据开关,电平控制信号开关,TEC-8实验系统简介,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,7,微命令指示灯,微程序控制器E2PROM,单片机89S52,双端口寄存器组7064,运算器74LS181,双端口RAM7132,控制转换开关、指示灯,编程开关、指示灯、复位、插座,P字段、微地址指示灯,DBUS,ALUA,B,PC、AR、IR、INS,CZ,时序电路,时钟源、时序脉冲产生和译码，启停逻辑等；提供CPU周期所需的时序信号，取指并执行指令。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。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,8,时序电路,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1S。一个机器周期包含一组T1、T2、T3。当DP=1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DP=0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。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,9,时序电路,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,10,TEC-8模型计算机时序图,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,11,MF周期1S，占空比50%，T1T3的脉宽1S。微指令周期3S。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,12,TEC-8模型计算机框图,TEC-8模型计算机指令系统,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,13,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,14,TEC-8控制操作模式,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,15,1.硬连线:硬连线控制器产生控制信号2.独立:开关产生控制信号3.微程序:微程序控制器产生控制信号控制转换开关实现控制信号的切换。,运算器组成实验,一、实验类型原理+分析二、实验目的熟悉逻辑测试笔的使用方法。熟悉TEC-8模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3；熟悉双端口通用寄存器组的读写操作；熟悉运算器的数据传送通路；验证74181的加、减、与、或功能；按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,16,运算器组成实验,三、实验设备TEC-8实验系统1台TDS1001数字存储示波器1台UT60A数字万用表1块逻辑测试笔（在TEC-8实验台上）1支四、实验电路,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,17,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,18,运算器组成实验,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。A=0F0H,B=10HA=0FFH,B=0AAHA=10H,B=0F0HA=55H,B=0AAHA=03H,B=05HA=0C5H,B=61HA=0AH,B=0AH,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,19,74LS181ALU算数/逻辑运算功能表,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,20,运算器组成实验,六、实验步骤独立方式1将运算器模块的外部连线按参考接线，将控制器转换开关拨到独立位置，“独立”灯亮,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系统复位，用开关SD7-SD0向通用寄存器堆RF内的R3-R0寄存器置数据，进行寄存器读写，加、减、与、或实验。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,21,运算器组成实验,3.参考接线:,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,22,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,23,55H,1,55H,1,1,55H,55H,00,00,00,55H,010011,1,11,0AAH,55H,0,K0,K3,K4,K5,K6,K7,K8,K9,K10,K11,K12,K13,K14,K1,K2,运算器组成实验,微程序方式1实验准备将控制器转换开关拨到微程序位置，“微程序”灯亮，将编程开关设置为正常位置。打开电源。2用逻辑测试笔测试节拍脉冲信号T1、T2、T3。3设置运算器实验模式，进行寄存器读写，加、减、与、或实验。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,24,运算器组成实验,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：实验目的。根据实验结果填写表格。分析各步骤中所需的控制信号及作用八、可探索和研究的问题,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,25,双端口存储器实验,一、实验类别原理性+分析性二、实验目的了解双端口静态存储器IDT7132的工作特性及其使用方法；了解半导体存储器怎样存储和读取数据；了解双端口存储器怎样并行读写；熟悉TEC-8模型计算机中存储器部分的数据通路。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,26,双端口存储器实验,三、实验设备TEC-8实验系统1台TDS1001数字存储示波器1台UT60A数字万用表1块逻辑测试笔（在TEC-8实验台上）1支四、实验电路,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,27,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,28,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,29,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,30,双端口存储器实验,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。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,31,双端口存储器实验,六、实验步骤独立方式1将存储器模块的外部连线按参考接线，将控制器转换开关拨到独立位置，“独立”灯亮,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系统复位，设置存储器地址，通过左端口写入数据，并通过左、右端口读出检测写入的数据是否正确。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,32,双端口存储器实验,3.参考接线:,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,33,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,34,K8,K9,K10,K12,K11,K13,K14,GND,K15,55H,55H,1,1,1,0,0,55H,55H,0AAH,0,0,1,0,0AAH,0AAH,1,0AAH,55H,0AAH,0AAH,0,0,0,1,0AAH,双端口存储器实验,微程序方式1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。设置存储器读、写实验模式设置存储器地址依次写入第1、2、3个数重新设置存储器地址左、右两2个端口同时显示同一个存储器单元的内容。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,35,双端口存储器实验,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：实验目的。根据实验结果填写表格。结合实验现象，在每一实验步骤中，对信号所起的作用进行解释。八、可研究和探索的问题,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,36,数据通路实验,一、实验类型原理性+分析性二、实验目的进一步熟悉TEC-8模型计算机的数据通路的结构；进一步掌握数据通路中各个控制信号的作用和用法；掌握数据通路中数据流动的路径。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,37,数据通路实验,三、实验设备TEC-8实验系统1台TDS1001数字存储示波器1台UT60A数字万用表1块逻辑测试笔（在TEC-8实验台上）1支四、实验电路,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,38,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,39,数据通路实验,五、实验任务1将数75H写到寄存器R0，数28H写到寄存器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。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,40,数据通路实验,3从存储器20H单元读出数到寄存器R3，从存储器21H单元读出数到寄存器R2，从存储器21H单元读出数到寄存器R1，从存储器23H单元读出数到寄存器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。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,41,数据通路实验,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,42,5顺序完成下列指令的执行:,数据通路实验,六、实验步骤独立方式1将运算器、存储器模块的外部连线按参考接线，将控制器转换开关拨到独立位置，“独立”灯亮,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系统复位，读、写寄存器，设置存储器地址，将寄存器数据写入存储器，并检测写入的数据是否正确；重新设置存储器地址，将存储器数据写入寄存器，并检测写入的数据是否正确。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,43,数据通路实验,3.参考接线:,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,44,数据通路实验,3.参考接线:,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,45,数据通路实验,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,46,K0,K1,K3,K2,K5,K4,K11,K6,K7,K8,K9,K10,VCC,VCC,VCC,K12,K13,K15,K14,数据通路实验,微程序方式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进行数据通路实验设置DP=1,SWCSWBSWA=111。写数据寄存器R0、R1、R2、R3。设置存储器地址AR和程序计数器PC。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,47,数据通路实验,设置存储器地址AR和程序计数器PC。将寄存器R0、R1、R2、R3中的数依次写入指定存储器单元。重新设置存储器地址AR和程序计数器PC将指定存储器单元中的数据依次写入寄存器R3、R2、R1和R0。读出寄存器R0、R1、R2、R3的值，检查数据传送是否正确。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,48,数据通路实验,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：实验目的。根据实验结果填写表格。结合实验现象，在每一实验步骤中，对信号所起的作用进行解释。写出不同操作时，数据的流动路径和流动方向。八、可研究和探索的问题。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,49,微程序控制器实验,一、实验类型原理性+设计性+分析性二、实验目的掌握微程序控制器的原理掌握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。理解条件转移对计算机的重要性。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,50,微程序控制器实验,三、实验设备TEC-8实验系统1台TDS1001数字存储示波器1台UT60A数字万用表1块逻辑测试笔（在TEC-8实验台上）1支四、实验电路,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,51,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,52,TEC-8模型计算机框图,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,53,微程序控制器实验,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,54,微程序控制器实验,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,55,微程序控制器实验,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P4P0，后继微地址NA5NA0），控制字段29位，微命令直接控制。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,56,微程序控制器实验,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,57,微程序控制器实验,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,58,微程序控制器实验,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,59,微程序控制器实验,五、实验任务1正确设置模式开关SWC、SWB、SWC，用单微指令方式（单拍开关DP设置为1）跟踪控制台操作读寄存器、写寄存器、读存储器、写存储器的执行过程，记录下每一步的微地址A5A0、判别位P4P0和有关控制信号的值，写出这4种控制台操作的作用和使用方法。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,60,微程序控制器实验,2正确设置指令操作码IR7IR4，用单微指令方式跟踪除停机指令STP之外的所有指令的执行过程。记录下每一步的微地址A5A0、判别位P4P0和有关控制信号的值。对于JZ指令，跟踪Z=1、Z=0两种情况；对于JC指令，跟踪C=1、C=0两种情况。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,61,微程序控制器实验,六、实验步骤将控制器转换开关拨到微程序位置,微程序灯亮，将编程开关设置为正常位置，在单拍开关DP为1时，每按一次QD按钮，只执行一条微指令。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,62,微程序控制器实验,参考接线:将信号IR4-I、IR5-I、IR6-I、IR7-I、C-I、Z-I依次通过接线孔与电平K10K15连接。通过拨动开关K10K15，可以对上述信号设置希望的值。打开电源。,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室,63,微程序控制器实验,1.跟踪控制台操作读/写寄存器、读/写存储器的执行。按复位按钮CLR后，拨动操作模式开关SWC、SWB、SWA到希望的位置，按一次QD按钮，则进入希望的控制台操作模式。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。控制台模式开关和控制台操作的对应关系如下：,TEC-8,北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验