TEC-5计算机组成实验(及习题)

1、TEC-5计算机组成实验系统介绍计算机组成实验系统介绍 岳斌岳斌2013.102013.10TEC-5计算机组成实验系统计算机组成实验系统一、一、TEC-5实验系统的特点实验系统的特点 它适用于它适用于计算机组成原理计算机组成原理、计算机计算机组织和结构组织和结构和和数字逻辑和数字系统数字逻辑和数字系统三门课程的实验教学，是一种多用仪器。三门课程的实验教学，是一种多用仪器。该仪器将提高学生的动手能力，提高学生该仪器将提高学生的动手能力，提高学生对计算机整体和各组成部分的理解，提高对计算机整体和各组成部分的理解，提高学生对数字系统和计算机系统的综合设计学生对数字系统和计算机系统的综合设计能力。能

2、力。 TEC-5实验系统实验系统二、时序发生器二、时序发生器 时序发生器产生计算机模型所需的时时序发生器产生计算机模型所需的时序和数字逻辑实验所需的时钟。时序电路序和数字逻辑实验所需的时钟。时序电路由一个由一个500KHz晶振、晶振、2片片GAL22V10(U64、U66)、一片、一片74LS390(U65)组成。根据本机组成。根据本机设计，执行一条微指令需要设计，执行一条微指令需要4个节拍脉冲个节拍脉冲T1、T2、T3、T4，执行一条机器指令需要三个，执行一条机器指令需要三个节拍电位节拍电位W1、W2、W3，因此本机的基本，因此本机的基本时序如下：时序如下： TEC-5实验系统实验系统 MF

3、T1T2T3T4W1W2W3图1.1 基本时序图TEC-5实验系统实验系统三、数据通路三、数据通路 TEC-5的数据通路采用了数据总线和指令总的数据通路采用了数据总线和指令总线双总线形式。它还使用了大规模在系统线双总线形式。它还使用了大规模在系统编程器件作为寄存器堆，使得设计简单明编程器件作为寄存器堆，使得设计简单明了，可修改性强。了，可修改性强。 图图1.2是数据通路总体图，下面介绍图中各是数据通路总体图，下面介绍图中各个主要部件的作用。参考图个主要部件的作用。参考图3.1 ALU-BUS#DBUS7DBUS0Cn#C三 态 门 （ 244）三 态 门 （ 244）ALU（ 181）ALU（

4、 181）S3S2S1S0MA7 A6 A5 A4F7 F6 F5 F4F3 F2 F1 F0B3 B2 B1 B0Cn+4CnCnCn+4LDDR2T2T2LDDR1LDRiT3SW-BUS#DR1（ 273）DR2（ 273）双 端 口 通 用 寄 存 器 堆 RF（ ispLSI1016）RD1RD0RS1RS0WR1WR0数 据 开 关 (SW7-SW0)数 据 显 示 灯A3 A2 A1 A0B7 B6 B5 B4图 3.1 运 算 器 实 验 电 路LDRiT3AB三态门RS-BUS#TEC-5实验系统实验系统1运算器运算器ALU 运算器运算器ALU由两片由两片74LS181(U5

5、5和和U60)组组成，其中成，其中U60进行低进行低4位运算，位运算，U55进行高进行高4位运算。在选择端位运算。在选择端M和和S0-S3控制下，控制下，ALU对数据对数据A、B进行各种算术、逻辑运算。有进行各种算术、逻辑运算。有关关74181运算的具体操作，请看运算的具体操作，请看74181的资的资料和教科书。当料和教科书。当LDRi=1时，在时，在T3的上升沿的上升沿寄存器寄存器C（U57A）保存运算产生的进位标）保存运算产生的进位标志信号。志信号。TEC-5实验系统实验系统2运算操作数寄存器运算操作数寄存器DR1和和DR2（U47、U48）DR1（U47）和）和DR2(U48)是运算操是

6、运算操作数寄存器，作数寄存器，DR1和和ALU的的A口相连，口相连，DR2和和ALU的的B口相连。口相连。DR1和和DR2各由一片各由一片74LS273构成。当构成。当LDDR1/LDDR21时，时，在在T2上升沿，上升沿，DR1/DR2接收来自通用寄存接收来自通用寄存器堆器堆A/B端口的数据。端口的数据。 TEC-5实验系统实验系统3双端口通用寄存器堆双端口通用寄存器堆RF（U54） 双端口通用寄存器堆双端口通用寄存器堆RF由一片由一片ispLSI1016（U30）构成，其中包含构成，其中包含4个个8位寄存器（位寄存器（R0、R1、R2、R3），有三个控制端口：两个控制读操作，一个），有三个

7、控制端口：两个控制读操作，一个控制写操作，三个端口可以同时操作。由控制写操作，三个端口可以同时操作。由RD1、RD0选中的寄存器的数据从选中的寄存器的数据从A端口读出，由端口读出，由RS1、RS0选中的寄存器的数据从选中的寄存器的数据从B端口读出；端口读出；WR1、WR0选择要写入的寄存器。选择要写入的寄存器。LDRi控制写操作，当控制写操作，当LDRi1时，在时，在T3上升沿将数据总线上升沿将数据总线DBUS上的上的数据写入由数据写入由WR1、WR0选中的寄存器。选中的寄存器。TEC-5实验系统实验系统 从从RF的的A端口读出的数据直接送端口读出的数据直接送DR1。由。由B端口读出的数据直接

8、送端口读出的数据直接送DR2之外，还可以之外，还可以送数据总线送数据总线DBUS。当。当RS_BUS#0时，时，允许允许B端口数据送端口数据送DBUS。TEC-5实验系统实验系统 4 4双端口存储器双端口存储器RAMRAM 双端口存储器双端口存储器RAMRAM由一片由一片IDT7132(U44)IDT7132(U44)及少量控及少量控制电路构成。制电路构成。IDT7132IDT7132是是20482048字节的双端口静态随字节的双端口静态随机存储器，本实验系统实际使用机存储器，本实验系统实际使用256256字节。字节。IDT7132IDT7132的两个端口可以同时进行读、写操作。在的两个端口可

9、以同时进行读、写操作。在本实验系统中，本实验系统中，RAMRAM左端口连接数据总线左端口连接数据总线DBUSDBUS，可，可进行读、写操作；右端口连接指令总线进行读、写操作；右端口连接指令总线IBUSIBUS，输，输出到指令寄存器出到指令寄存器IRIR，作为只读端口使用。，作为只读端口使用。IDT7132IDT7132有有6 6个控制引脚，个控制引脚，CEL#CEL#、LR/W#LR/W#、OEL#OEL#控制左端口控制左端口读、写操作；读、写操作；CER#CER#、RR/W#RR/W#、OER#OER#控制右端口的读控制右端口的读写操作。写操作。CEL#CEL#为左端口选择引脚，低电平有效；

10、为左端口选择引脚，低电平有效；当当CEL#CEL#1 1时，禁止对左端口的读、写操作。时，禁止对左端口的读、写操作。TEC-5实验系统实验系统 LR/W#控制对左端口的读写，当控制对左端口的读写，当CEL#=0且且LR/W#=1时，左端口进行读操作；当时，左端口进行读操作；当CEL#=0且且LR/W#0且且T2为高时，左端口为高时，左端口进行写操作。进行写操作。OEL#的作用等同于三态门，的作用等同于三态门，当当CEL#=0且且OEL#0时，允许左端口读出时，允许左端口读出的数据送到数据总线的数据送到数据总线DBUS上；当上；当OEL#1时，禁止左端口的数据放到时，禁止左端口的数据放到DBUS

11、。 TEC-5实验系统实验系统 为便于理解，在以后的实验中，我们将为便于理解，在以后的实验中，我们将OEL#引脚引脚称为称为RAM_BUS#。控制右端口的三个引脚与左端。控制右端口的三个引脚与左端口的三个完全类似，不过只使用了读操作，在实口的三个完全类似，不过只使用了读操作，在实验板上已将验板上已将RR/W#固定接高电平，固定接高电平，OER#固定接固定接地。当地。当CER#=0时，右端口读出的数据（更确切时，右端口读出的数据（更确切的说法是指令）放到指令总线的说法是指令）放到指令总线IBUS上，然后当上，然后当LDIR=1时在时在T3的上升沿打入指令寄存器的上升沿打入指令寄存器IR。所。所有

12、数据有数据/指令的写入都使用左端口，右端口作为指指令的写入都使用左端口，右端口作为指令端口，不需要进行数据的写入。令端口，不需要进行数据的写入。 TEC-5实验系统实验系统 左端口读出的数据放在数据总线左端口读出的数据放在数据总线DBUS上，上，由数据总线指示灯由数据总线指示灯DBUS7-DBUS0显示。显示。右端口读出的指令放在指令总线右端口读出的指令放在指令总线IBUS上，上，由指令总线指示灯由指令总线指示灯IBUS7-IBUS0显示。显示。 三态门（244）AR+1地址显示LDAR#T2PC+1地址显示LDPC#T2指令显示灯AR（74LS163）PC（74LS163）双端口存储器（ID

13、T 7132）RAM-BUS#CEL#CER#RRW(Vcc)OER#(GND)数据显示灯D7D6D5D4D3D2D1D0I7I6I5I4I3I2I1I0SW7SW0A7A6A5A4A3A2A1A0PC7数据开关图3.2 双端口存储器实验电路图PC0. . .LR/W#T2TEC-5实验系统实验系统5地址寄存器地址寄存器AR和程序计数器和程序计数器PC 存储器左端口的地址寄存器存储器左端口的地址寄存器AR(U53、U59)和右端口的地址寄存器和右端口的地址寄存器PC(U52、U45)都使都使用用2片片74LS163，具有地址递增的功能。，具有地址递增的功能。PC是程序计数器，提供双端口寄存器右

14、端是程序计数器，提供双端口寄存器右端口地址，口地址，U52是低是低4位，位，U45是高是高4位，具有位，具有加载数据和加加载数据和加1功能。功能。AR是地址寄存器，是地址寄存器，提供双端口存储器左端口地址，提供双端口存储器左端口地址，U53是低是低4位，位，U59是高是高4位，具有加载数据和加位，具有加载数据和加1功功能。能。TEC-5实验系统实验系统 AR中的地址用地址中的地址用地址AR指示灯指示灯AR7-AR0显显示，示，PC中的地址用程序计数器中的地址用程序计数器PC指示灯指示灯PC7-PC0显示。显示。TEC-5实验系统实验系统 当当LDAR#0时，时，AR在在T2时从时从DBUS接收

15、来自接收来自SW7SW0的地址；当的地址；当AR11时，在时，在T2的上的上升沿存储器地址加升沿存储器地址加1。注意：。注意：LDAR#和和AR1两两个控制信号不能同时有效。在下一个时钟周期，个控制信号不能同时有效。在下一个时钟周期，令令CEL#0，LR/W#0，则在，则在T2节拍进行写操节拍进行写操作，将作，将SW7SW0设置的数据经设置的数据经DBUS写入存储写入存储器。器。 当当LDPC#0时，时，PC在在T2时从时从DBUS接收来接收来自自SW7SW0的地址，作为程序的启动地址；当的地址，作为程序的启动地址；当一条机器指令开始执行时，取指以后，一条机器指令开始执行时，取指以后，PC11

16、，程序计数器给出下一条指令的地址。注意：程序计数器给出下一条指令的地址。注意：LDPC#和和PC1两个控制信号不能同时有效。两个控制信号不能同时有效。TEC-5实验系统实验系统6指令寄存器指令寄存器IR 指令寄存器指令寄存器IR是一片是一片74LS273（U46）。当）。当LDIR1时，在时，在T3的上升沿，它从双端口存储器的上升沿，它从双端口存储器的右端口接收指令。指令的操作码部分的右端口接收指令。指令的操作码部分IR7IR4送往控制器译码，产生数据通路的控制信号。指送往控制器译码，产生数据通路的控制信号。指令的操作数部分送往寄存器堆令的操作数部分送往寄存器堆RF，选择参与运算，选择参与运算

17、的寄存器。的寄存器。IR1、IR0与与RD1、RD0连接，选择目连接，选择目标操作数寄存器；标操作数寄存器；IR3、IR2与与RS1、RS0连接，连接，选择源操作数寄存器。选择源操作数寄存器。IR1、IR0也与也与WR1、WR0连接，以便将运算结果送往目标操作数寄存器。连接，以便将运算结果送往目标操作数寄存器。TEC-5实验系统实验系统 本实验系统设计了本实验系统设计了8 8条机器指令，均为单字条机器指令，均为单字长（长（8 8位）指令。指令功能及格式如表位）指令。指令功能及格式如表1 1所所示。其中的示。其中的代表随意值；代表随意值；RS1RS1、RS0RS0是寄是寄存器堆存器堆B B端口读

18、出的源选择信号；端口读出的源选择信号；RD1RD1、RD0RD0是寄存器堆是寄存器堆A A端口读出的目标选择信号，端口读出的目标选择信号， WR1WR1、WR0WR0是写入的寄存器的选择信号。在是写入的寄存器的选择信号。在实验中，需要将实验中，需要将IR3-IR0IR3-IR0这些操作数选择信这些操作数选择信号与号与RFRF对应引脚连接好。对应引脚连接好。TEC-5实验系统实验系统表表1 机器指令系统机器指令系统名称名称 助记符助记符 功能功能 指令格式指令格式 IR7 IR6 IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR0IR7 IR6 IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR0加法加法

19、 ADD Rd, RsADD Rd, Rs；Rd + RsRd 0 0 0 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0Rd + RsRd 0 0 0 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0减法减法 SUB Rd, RsSUB Rd, Rs；Rd - RsRd 0 0 0 1 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0Rd - RsRd 0 0 0 1 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0逻辑与逻辑与AND Rd,RsAND Rd,Rs；Rd & RsRd 0 0 1 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0Rd & RsRd 0 0 1 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0存数存数STA Rd, RsSTA Rd,

20、 Rs；RdRs 0 0 1 1 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0RdRs 0 0 1 1 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0取数取数LDA Rd, RsLDA Rd, Rs；RsRd 0 1 0 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0RsRd 0 1 0 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0条件转移条件转移JC R3JC R3；若；若C C1 1则则R3PC 0 1 0 1 1 1 R3PC 0 1 0 1 1 1 停机停机 STP STP ；暂停执行；暂停执行 0 1 1 0 0 1 1 0 输出输出 OUTRsOUTRs；RsDBUS 0 1 1 1 Rs1 Rs0 RsDBUS 0 1 1 1 R

21、s1 Rs0 （寄存器（寄存器-RF-RF与与IRIR的联系）的联系）TEC-5实验系统实验系统四四. 控制器控制器 控制器用来产生数据通路操作所需的控制控制器用来产生数据通路操作所需的控制信号。信号。TEC-5提供了一个微程序控制器，提供了一个微程序控制器，以便能进行计算机组成原理基本实验。在以便能进行计算机组成原理基本实验。在进行课程设计时，学生可设计自己的控制进行课程设计时，学生可设计自己的控制器。图器。图1.2是控制器框图。是控制器框图。TEC-5实验系统实验系统1. 控制存储器控制存储器 控制存储器由控制存储器由4片片HN58C65（U35、U36、U37、U38）构成。）构成。HN

22、58C65是是E2PROM，存储容量为，存储容量为8K字节，本实验系字节，本实验系统只使用了统只使用了64字节。微指令格式采用水平字节。微指令格式采用水平型，微指令字长型，微指令字长31位，其中顺序控制部分位，其中顺序控制部分9位：判别字段位：判别字段3位，后继微地址位，后继微地址6位。操作位。操作控制字段控制字段22位，各位进行直接控制。位，各位进行直接控制。TEC-5实验系统实验系统 判别标志位判别标志位P0和控制台操作开关和控制台操作开关SWC、SWB、SWA一起确定控制台指令微程序的分支，完成不一起确定控制台指令微程序的分支，完成不同的控制台操作；同的控制台操作；P1与指令操作码（与指

23、令操作码（IR的高的高4位）位）一起确定机器指令微程序的分支，转向各种指令一起确定机器指令微程序的分支，转向各种指令的不同微程序流程。的不同微程序流程。P2与进位标志与进位标志C一起确定条一起确定条件转移指令。件转移指令。 操作控制字段操作控制字段22位，采用直接表示法，控制位，采用直接表示法，控制数据通路的操作。信号名带数据通路的操作。信号名带#者为低电平有效。者为低电平有效。 A0A1A2A3A4A5P0P1P2备用TJLDIRPC+1LDPC#AR+1LDAR#LDDR1LDDR2LDRiSW-BUS#Rs-BUS#ALU-BUS#CER#CEL#LR/W#Cn#MS0S1S3 S2RA

24、M-BUS#CM0CM1CM2CM3HN58C65C SWCSWBSWACLR#T1AR(174)图1.2 控制器框图微地址转移逻辑IR7-IR4A5-A08位8位8位8位表表1.2 控制信号表控制信号表 控制信号控制信号 功能功能S3S3，S2S2，S1S1，S0 : S0 : 选择运算器的运算类型。选择运算器的运算类型。M :M :选择运算器的运算模式：选择运算器的运算模式： M M0 0，算术运算；，算术运算；M M1 1，逻辑运算。，逻辑运算。Cn# :Cn# :运算器最低位的运算器最低位的 +1+1信号。为信号。为0 0时，运算器最低位有进位。时，运算器最低位有进位。LR/W# :L

25、R/W# :当当LR/W#LR/W#1 1且且CEL#CEL#0 0时，对双端口存储器左端口进行读操时，对双端口存储器左端口进行读操 作；当作；当LR/W#LR/W#0 0且且CEL#CEL#0 0时，在时，在T2T2节拍对左端口进行写操作。节拍对左端口进行写操作。CEL#:CEL#:双端口存储器左端口使能信号。为双端口存储器左端口使能信号。为0 0时允许对左端口读、写。时允许对左端口读、写。 CER#:CER#:双端口存储器右端口使能信号。为双端口存储器右端口使能信号。为0 0时将指令送往指令总线时将指令送往指令总线IBUSIBUS。RAM_BUS#:RAM_BUS#:存储器数据送数据总线存

26、储器数据送数据总线DBUSDBUS信号，为信号，为0 0时将双端口存储器左端时将双端口存储器左端 口数据送口数据送DBUSDBUS。ALU_BUS#:ALUALU_BUS#:ALU输出三态门使能信号，为输出三态门使能信号，为0 0时将时将ALUALU运算结果送运算结果送DBUSDBUS。RS_BUS#:RS_BUS#:通用寄存器右端口三态门使能信号，为通用寄存器右端口三态门使能信号，为0 0时将时将RFRF的的B B端口数据送端口数据送 DBUSDBUS。 控制信号控制信号 功能功能SW_BUS#:SW_BUS#:控制台输出三态门使能信号，为控制台输出三态门使能信号，为0 0时将控制台开关时将

27、控制台开关SW7-SW0SW7-SW0数据数据 送送DBUSDBUS。LDRi:LDRi:双端口寄存器堆写入信号，为双端口寄存器堆写入信号，为1 1时将数据总线上的数据在时将数据总线上的数据在T3T3的上升的上升 沿写入由沿写入由WR1WR1、WR0WR0指定的个寄存器。指定的个寄存器。LDDR2:LDDR2:对操作数寄存器对操作数寄存器DR2DR2进行加载的控制信号，为进行加载的控制信号，为1 1时在时在T2T2的上升沿将的上升沿将 由由RS1RS1、RS0RS0指定的寄存器中的数据打入指定的寄存器中的数据打入DR2DR2。LDDR1:LDDR1:对操作数寄存器对操作数寄存器DR1DR1进行

28、加载的控制信号，为进行加载的控制信号，为1 1时在时在T2T2的上升沿将的上升沿将 由由RD1RD1、RD0RD0指定的寄存器中的数据打入指定的寄存器中的数据打入DR1DR1。LDAR#:LDAR#:对地址寄存器对地址寄存器ARAR进行加载的控制信号。为进行加载的控制信号。为0 0时在时在T2T2的上升沿将数的上升沿将数 据总线上的数据打入地址寄存器据总线上的数据打入地址寄存器ARAR。AR+1:AR+1:对对ARAR进行加进行加1 1操作的电位控制信号。为操作的电位控制信号。为1 1时在时在T2T2的上升沿使的上升沿使ARAR的值的值 加加1 1。控制信号控制信号 功能功能LDPC#:LDP

29、C#:对程序计数器对程序计数器PCPC进行加载的控制信号。为进行加载的控制信号。为0 0时在时在T2T2的的 上升沿将数据总线上的数据打入程序计数器上升沿将数据总线上的数据打入程序计数器PCPC。PC+1:PC+1:对对PCPC进行加进行加1 1操作的电位控制信号。为操作的电位控制信号。为1 1时在时在T2T2的上升的上升 沿使沿使PCPC的值加的值加1 1。LDIR:LDIR:对指令寄存器进行加载的控制信号。为对指令寄存器进行加载的控制信号。为1 1时在时在T3T3的上升的上升 沿将指令总线沿将指令总线IBUSIBUS上的数据打入指令寄存器上的数据打入指令寄存器IRIR。TJ:TJ:停机指令

30、，暂停微程序运行。停机指令，暂停微程序运行。TEC-5实验系统实验系统2微地址寄存器微地址寄存器AR（U33） 微地址寄存器微地址寄存器AR是是1片片74LS174，对，对控制存储器提供微程序地址。控制存储器提供微程序地址。 当当CLR#0时，将异步清零，使微程序从时，将异步清零，使微程序从000000B开始执行。在每一个开始执行。在每一个T1的上升沿，的上升沿，新的微指令地址打入微地址寄存器中。微新的微指令地址打入微地址寄存器中。微地址由指示灯地址由指示灯uA5-uA0显示。显示。TEC-5实验系统实验系统3微地址转移逻辑（微地址转移逻辑（U21、U24、U26、U20） 微地址转移逻辑产生

31、后继微程序地址，微地址转移逻辑产生后继微程序地址，它由两片它由两片74LS32和两片和两片74LS08构成。微构成。微地址转移逻辑的信号来源是：控制存储器地址转移逻辑的信号来源是：控制存储器产生的后继微指令地址产生的后继微指令地址A0-A5，判别标，判别标志位志位P0、P1、P2，指令操作码，指令操作码IR4-IR7，进位标志进位标志C，还有控制台操作码，还有控制台操作码SWC、SWB、SWA。TEC-5实验系统实验系统五、控存五、控存EEPROM的改写的改写TEC-5中的中的4片片EEPROM（CM0-CM3，U35-U38）是控）是控存，里面装有存，里面装有TEC-5微程序的微代码。由于它

32、是电可擦除微程序的微代码。由于它是电可擦除和编程的和编程的EEPROM，因此可以实现不用将，因此可以实现不用将CM0-CM3从插从插座上取出就能实现对其编程的目的。为此我们在座上取出就能实现对其编程的目的。为此我们在TEC-5上上用用1片单片机芯片片单片机芯片89S52(U39)和一些附加电路实现了不用和一些附加电路实现了不用拔出拔出CM0-CM3就能对其编程，从而改写这些就能对其编程，从而改写这些EEPROM中中微代码的目的。微代码的目的。89S52中包含一个监控程序，它负责通过中包含一个监控程序，它负责通过串行口和串行口和PC机通讯，向机通讯，向PC机发出提示信息、接收命令和机发出提示信息

33、、接收命令和数据，并根据接收到的命令（数据，并根据接收到的命令（0，1，2，3）决定将随后）决定将随后收到的收到的64个数据写入指定的个数据写入指定的EEPROM。命令。命令0、1、2、3指定写那个器件，指定写那个器件，0对应对应CM0,1对应对应CM1,2对应对应CM2,3对对应应CM3。64个字节的数据将写入指定个字节的数据将写入指定EEPROM的前的前64个个单元（地址单元（地址00H-3FH）。）。 TEC-5实验系统实验系统1.TEC-5的两种工作方式的两种工作方式 TEC-5的计算机组成原理实验部分有两种工的计算机组成原理实验部分有两种工作方式，一种叫正常工作方式，一种叫编程工作方

34、式，一种叫正常工作方式，一种叫编程工作方式。当编程开关（在作方式。当编程开关（在U39 89S52的下面）的下面）拨到正常位置时，拨到正常位置时，TEC-5的计算机部分可以正的计算机部分可以正常做实验，常做实验，CM0-CM3只受控制器的控制，它里只受控制器的控制，它里面的微代码正常读出，供数据通路使用。当编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，程开关拨到编程位置时，CM0-CM3只受单片机只受单片机89S52的控制，用来对的控制，用来对4片片EEPROM编程。在编编程。在编程状态下，不能做计算机组成原理的实验。出程状态下，不能做计算机组成原理的实验。出厂时编程开关处于

35、正常状态。厂时编程开关处于正常状态。 注意：做计算机组成原理实验时编程开关一定注意：做计算机组成原理实验时编程开关一定要处于正常位置。要处于正常位置。TEC-5实验系统实验系统2.2.编程软件编程软件串口调试助手串口调试助手2.22.2简介简介 在在PCPC机上运行的和机上运行的和TEC-5TEC-5通讯的编程软件是串口调试助通讯的编程软件是串口调试助手。下面对该软件做一些简单介绍。通过双击出厂时提手。下面对该软件做一些简单介绍。通过双击出厂时提供的该软件的图标，即出现该软件的界面。图供的该软件的图标，即出现该软件的界面。图1.31.3是该是该软件的界面。此软件很简单，一看就知道怎么用，在这软

36、件的界面。此软件很简单，一看就知道怎么用，在这里简单说一下需要注意的地方。里简单说一下需要注意的地方。首先，串口需要设置。如果你的机器就一个串口，那就不用首先，串口需要设置。如果你的机器就一个串口，那就不用管了，要是有管了，要是有1 1个以上的串口，那就看看你此时通讯用个以上的串口，那就看看你此时通讯用的是哪一个了。串口的设置要和的是哪一个了。串口的设置要和PCPC机上使用的编程下载机上使用的编程下载串口一致。串口一致。其次，波特率等参数要保证和其次，波特率等参数要保证和89S5289S52里的下载软件中的一致。里的下载软件中的一致。即波特率为即波特率为12001200波特，数据位波特，数据位

37、8 8位，无校验位，停止位位，无校验位，停止位1 1位。这些参数设置不正确将无法通讯。位。这些参数设置不正确将无法通讯。再次，窗口下部空白区为再次，窗口下部空白区为PCPC数据发送窗口，其上面较大的空数据发送窗口，其上面较大的空白区为白区为PCPC数据接收窗口。数据接收窗口。最后，需要时刻注意按钮最后，需要时刻注意按钮关闭串口关闭串口的状态。的状态。 图1.3 串口调试助手界面 TEC-5实验系统实验系统3.CM0-CM3的下载步骤：的下载步骤： 在在TEC-5关闭电源的情况下，用出厂时提关闭电源的情况下，用出厂时提供的供的RS232串口线将串口线将TEC-5实验仪的串口实验仪的串口与主机的串

38、口连接起来。与主机的串口连接起来。TEC-5上的编程上的编程开关拨到编程位置，将串口调试助手程序开关拨到编程位置，将串口调试助手程序打开，设置好参数，打开电源，按一下复打开，设置好参数，打开电源，按一下复位键位键RESET。TEC-5实验系统实验系统 软件的接收区此时会显示软件的接收区此时会显示WAITING FOR COMMAND .，请在数据发送区写入，请在数据发送区写入0，按，按手动发送手动发送按钮，将命令按钮，将命令0发送给发送给89S52，表示通知它要写表示通知它要写CM0文件了。文件了。 数据接收区会出现数据接收区会出现PLEASE CHOOSE A CM FILE，请通过按钮，请

39、通过按钮选择发送文件选择发送文件选择要写入选择要写入CM0的二进制文件，文件必须是的二进制文件，文件必须是“BIN”格式，长格式，长度为度为64字节。然后点击字节。然后点击发送文件发送文件按钮将文件按钮将文件发往发往89S52。89S52接收数据并对接收数据并对CM0编程，然编程，然后它读出后它读出CM0的数据和从的数据和从PC机接收到数据比较，机接收到数据比较，不管正确与否，不管正确与否，89S52都向都向PC机发出结果信息，机发出结果信息，在串口调试助手软件数据接收窗口显示出来。在串口调试助手软件数据接收窗口显示出来。TEC-5实验系统实验系统等待文件发送完毕的提示（注意看软件的等待文件发

40、送完毕的提示（注意看软件的最底下的状态行和数据接收区），请注意最底下的状态行和数据接收区），请注意看数据接收区的命令提示，重复看数据接收区的命令提示，重复步步骤，分别输入命令骤，分别输入命令1、2、3，同时，同时，应分别选择应分别选择CM1、CM2、CM3文件，对相文件，对相应的应的EEPROM编程。编程。CM1、CM2、CM3全全部编程完后，按部编程完后，按RESET按钮结束编程。最按钮结束编程。最后将后将TEC-5上的编程开关拨到正常位置。上的编程开关拨到正常位置。TEC-5实验系统实验系统 注意：对注意：对CM0、CM1、CM2、CM3的编程的编程顺序无规定，只要在发出器件号后紧跟着顺序

41、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。例发送该器件的编程数据（文件）即可。例如，可以按如，可以按CM3、CM2、CM0、CM1的顺的顺序编程。编程也可以只对一个或者几个序编程。编程也可以只对一个或者几个EEPROM编程，不一定对编程，不一定对4个个EEPROM全全部编程，只要编程结束后按部编程，只要编程结束后按RESET按钮结按钮结束编程，最后将束编程，最后将TEC-5上的编程开关拨到上的编程开关拨到正常位置即可。正常位置即可。 TEC-5实验系统实验系统六六.控制台控制台 控制台由若干拨动开关和指示灯组成，用于控制台由若干拨动开关和指示灯组成，用于设置控制台指令、

42、人工控制数据通路、设置数据设置控制台指令、人工控制数据通路、设置数据代码信号和显示相关数据组成等。代码信号和显示相关数据组成等。1数据开关数据开关SW7-SW0 八位数据开关，通过八位数据开关，通过U49（74LS244）接到数据）接到数据通路部分的数据总线通路部分的数据总线DBUS上，用于向数据通路上，用于向数据通路中的寄存器和存储器置数。当中的寄存器和存储器置数。当SW_BUS#=0时，时，SW7SW0的数据送往数据总线的数据送往数据总线DBUS。开关拨。开关拨到上面位置时输出到上面位置时输出1，开关拨到下面位置时输出，开关拨到下面位置时输出0。SW7对应对应DBUS最高位，最高位，SW0

43、对应对应DBUS最低位。最低位。TEC-5实验系统实验系统2模拟数据通路控制信号开关模拟数据通路控制信号开关K15-K0 拨动开关，拨到上面位置输出拨动开关，拨到上面位置输出1，拨到下面位置，拨到下面位置输出输出0。实验中用于模拟数据通路部分所需的电。实验中用于模拟数据通路部分所需的电平控制信号。例如，将平控制信号。例如，将K1与与LDDR1相连，则相连，则K1拨到上面位置时，表示拨到上面位置时，表示LDDR1为为1。这些开关在。这些开关在数字逻辑与数字系统实验时也作为电平输入开关。数字逻辑与数字系统实验时也作为电平输入开关。3数据总线指示灯数据总线指示灯DBUS 八个发光二极管（高四位为红，

44、低四位为绿），八个发光二极管（高四位为红，低四位为绿），指示指示DBUS上数据。灯亮表示上数据。灯亮表示1。 TEC-5实验系统实验系统4指令总线指示灯指令总线指示灯IBUS 八个发光二极管（高四位为红，低四位为八个发光二极管（高四位为红，低四位为绿），指示绿），指示IBUS上数据。灯亮表示上数据。灯亮表示1。5地址指示灯地址指示灯AR 八个发光二极管（高四位为红，低四位为八个发光二极管（高四位为红，低四位为绿），指示双端口存储器的左端口地址寄绿），指示双端口存储器的左端口地址寄存器内容。灯亮表示存器内容。灯亮表示1。TEC-5实验系统实验系统6程序计数器指示灯程序计数器指示灯PC 八个发光二

45、极管（高四位为红，低四位为八个发光二极管（高四位为红，低四位为绿），指示双端口存储器右端口地址。灯绿），指示双端口存储器右端口地址。灯亮表示亮表示1。732位微命令指示灯位微命令指示灯(CM3-CM0) 32个红色发光二极管，显示从控制存储器个红色发光二极管，显示从控制存储器读出的微命令的内容。读出的微命令的内容。 TEC-5实验系统实验系统8其他指示灯其他指示灯C、BUSYL#、BUSYR# C是进位标志指示灯。是进位标志指示灯。BUSYL#、BUSYR#分别分别是是RAM左右端口忙指示灯。左右端口忙指示灯。9微动开关微动开关CLR#、QD 按一次按一次CLR#开关，产生一个负的单脉冲开关，

46、产生一个负的单脉冲CLR#，正的单脉冲正的单脉冲CLR。CLR#对全机进行复位。对全机进行复位。CLR#到时序和控制器的连接已经在印制板上实现，控到时序和控制器的连接已经在印制板上实现，控制存储器和数据通路部分不使用制存储器和数据通路部分不使用CLR#。按一次。按一次QD按钮，产生一个正的启动脉冲按钮，产生一个正的启动脉冲QD和负的单脉和负的单脉冲冲QD#。QD使机器运行。使机器运行。QD到时序电路的连接到时序电路的连接已在印制板上实现。已在印制板上实现。TEC-5实验系统实验系统10单拍、单步开关单拍、单步开关DP、DB DP（单拍）、（单拍）、DB（单步）是两种特殊的非连续（单步）是两种特

47、殊的非连续工作方式。当工作方式。当DP1时，计算机处于单拍工作方时，计算机处于单拍工作方式，按一次式，按一次QD按钮，只发送一组时序信号按钮，只发送一组时序信号T1-T4，执行一条微指令。执行一条微指令。DB方式只对硬连线控制器适用，方式只对硬连线控制器适用，当当DB1时，按一次时，按一次QD按钮，发送一组按钮，发送一组W1-W3，执行一条机器指令。注意：这两个开关任何时刻执行一条机器指令。注意：这两个开关任何时刻只能有一个置只能有一个置1。当。当DP=0且且DB=0时，时，TEC-5处于处于连续工作方式，按连续工作方式，按QD按钮，按钮，TEC-5连续执行双端连续执行双端口口RAM中存储的程

48、序。中存储的程序。TEC-5实验系统实验系统11控制台操作开关控制台操作开关SWC、SWB、SWA三个专用开关三个专用开关SWC、SWB、SWA定义了定义了TEC-5实验系统的五个控制台指令的功能。实验系统的五个控制台指令的功能。控制台操作开关控制台操作开关SWC、SWB、SWA主要主要用于用于CPU组成与机器指令执行实验。开关组成与机器指令执行实验。开关主要实现五个控制台指令的定义如下：主要实现五个控制台指令的定义如下：TEC-5实验系统实验系统 表表1.3 控制台工作方式控制台工作方式 SWC SWB SWA 操作操作 0 0 0 启动程序（启动程序（PR） 0 0 1 写存储器（写存储器

49、（WRM） 0 1 0 读存储器（读存储器（RRM） 0 1 1 写寄存器（写寄存器（WRF） 1 0 0 读寄存器（读寄存器（RRF）TEC-5实验系统实验系统 在按复位按钮在按复位按钮CLR#后，后，TEC-5复位，根复位，根据据SWC、SWB、SWA状态来选择工作方状态来选择工作方式。在控制台工作方式，必须使式。在控制台工作方式，必须使DP=0，DB=0。 启动程序（启动程序（PR）：按下复位按钮）：按下复位按钮CLR#后，微地址寄存器清零。这时，置后，微地址寄存器清零。这时，置SWC0、SWB0、SWA0，用数据开关，用数据开关SW7SW0设置设置RAM中的程序首地址，按中的程序首地址

50、，按QD按钮后，启动程序执行。按钮后，启动程序执行。 TEC-5实验系统实验系统 写存储器（写存储器（WRM）：按下复位按钮）：按下复位按钮CLR#，置，置SWC0、SWB0、SWA1。在在SW7SW0中置好存储器地址，按中置好存储器地址，按QD按钮将此地址打入按钮将此地址打入AR。在在SW7SW0置置好数据，按好数据，按QD，将数据写入，将数据写入AR指定的存指定的存储器单元，这时储器单元，这时AR加加1。返回返回。依次。依次进行下去，直到按复位键进行下去，直到按复位键CLR#为止。这样为止。这样就实现了对就实现了对RAM的连续手动写入。这个控的连续手动写入。这个控制台操作的主要作用是向制台

51、操作的主要作用是向RAM中写入自己中写入自己编写的程序和数据。编写的程序和数据。 TEC-5实验系统实验系统 读存储器（读存储器（RRM）：按下复位按钮）：按下复位按钮CLR#，置置SWC0、SWB1、SWA0。在在SW7SW0中置好存储器地址，按中置好存储器地址，按QD按钮将此地址打按钮将此地址打入入AR，RAM此地址单元的内容读至此地址单元的内容读至DBUS显示。显示。按按QD按钮，这时按钮，这时AR加加1，RAM新地址单元的新地址单元的内容读至内容读至DBUS显示。显示。返回返回。依次进行下去，。依次进行下去，直到按复位键直到按复位键CLR#为止。这样就实现了对为止。这样就实现了对RAM

52、的连续读出显示。这个控制台操作的主要作用是的连续读出显示。这个控制台操作的主要作用是检查写入检查写入RAM的程序和数据是否正确。在程序执的程序和数据是否正确。在程序执行后检查程序执行的结果（在存储器中的部分）行后检查程序执行的结果（在存储器中的部分）是否正确。是否正确。TEC-5实验系统实验系统 寄存器写操作（寄存器写操作（WRF）：按下复位按钮）：按下复位按钮CLR#，置置SWC0、SWB1、SWA1。首先在首先在SW7SW0置好存储器地址，按置好存储器地址，按QD按钮，则将按钮，则将此地址打入此地址打入AR寄存器和寄存器和PC寄存器。寄存器。在在SW1、SW0置好寄存器选择信号置好寄存器选

53、择信号WR1、WR0，按，按QD按按钮，通过双端口存储器的右端口将钮，通过双端口存储器的右端口将WR1、WR0（即（即SW1、SW0）送到指令寄存器）送到指令寄存器IR的低的低2位。位。在在SW7SW0中置好要写入寄存器的数据；按中置好要写入寄存器的数据；按QD按钮，将数据写入由按钮，将数据写入由WR1、WR0指定的寄存指定的寄存器。器。返回返回继续执行，直到按复位按钮继续执行，直到按复位按钮CLR#。这个控制台操作主要在程序运行前，向相关的通这个控制台操作主要在程序运行前，向相关的通用寄存器中置入初始数据。用寄存器中置入初始数据。TEC-5实验系统实验系统 寄存器读操作（寄存器读操作（RRF

54、RRF）：按下复位按钮）：按下复位按钮CLR#CLR#，置置SWCSWC1 1、SWBSWB0 0、SWASWA0 0。首先在首先在SW7SW0SW7SW0置好存储器地址，按置好存储器地址，按QDQD按钮，则将此地址打入按钮，则将此地址打入ARAR寄存器和寄存器和PCPC寄存器。寄存器。在在SW3SW3、SW2SW2置好寄存器选置好寄存器选择信号择信号RS1RS1、RS0RS0，按，按QDQD按钮，通过双端口存储器按钮，通过双端口存储器的右端口将的右端口将RS1RS1、RS0RS0（即（即SW3SW3、SW2SW2）送到指令寄）送到指令寄存器存器IRIR的第的第3 3、2 2位。位。RS1RS

55、1、RS0RS0选中的寄存器的数选中的寄存器的数据读出到据读出到DBUSDBUS上显示出来。上显示出来。返回返回继续下去，继续下去，直到按复位键直到按复位键CLR#CLR#为止。这个控制台操作的主要为止。这个控制台操作的主要作用是在程序执行前检查写入寄存器堆中的数据作用是在程序执行前检查写入寄存器堆中的数据是否正确，在程序执行后检查程序执行的结果是否正确，在程序执行后检查程序执行的结果（在寄存器堆中的部分）是否正确。（在寄存器堆中的部分）是否正确。TEC-5实验系统实验系统七、硬连线控制器七、硬连线控制器ispLSI1032 ispLSI1032是是Lattice公司的公司的1个在系统可编个在

56、系统可编程器件，包含有程器件，包含有6000个门，适用于设计大规模的个门，适用于设计大规模的数字逻辑与数字系统电路。在计算机模型实验中，数字逻辑与数字系统电路。在计算机模型实验中，它用作设计并实现硬连线控制器，代替出厂时提它用作设计并实现硬连线控制器，代替出厂时提供的微程序控制器。它有供的微程序控制器。它有1个下载插座，下载时个下载插座，下载时下载电缆的一端插在下载插座上，另一端插在下载电缆的一端插在下载插座上，另一端插在PC机并行口上，下载电缆将机并行口上，下载电缆将PC机和机和ispLSI1032连连在一起。在在一起。在PC机上运行机上运行ispEXPERT工具软件，工具软件，输入控制器的

57、设计方案，进行编译、连接和适配，输入控制器的设计方案，进行编译、连接和适配，然后下载到然后下载到ispLSI1032中去，就构成了中去，就构成了1个硬连个硬连线控制器。硬连线控制器和数据通路部分采用可线控制器。硬连线控制器和数据通路部分采用可插、拔的导线连接。插、拔的导线连接。 TEC-5实验系统实验系统十、数字逻辑和数字系统试验区十、数字逻辑和数字系统试验区 这部分为用户提供了通用的数字逻辑这部分为用户提供了通用的数字逻辑和数字系统实验平台。它主要包括下列部和数字系统实验平台。它主要包括下列部分：实验台左半部的分：实验台左半部的11个双列直插插座，个双列直插插座，ISP1032在系统编程芯片

58、及下载插座，在系统编程芯片及下载插座，6个个数码管及其驱动电路，数码管及其驱动电路，12个数据指示灯，个数据指示灯，小喇叭及其驱动电路，小喇叭及其驱动电路，12个拨动开关，个拨动开关，2个个单脉冲按钮。单脉冲按钮。TEC-5实验系统实验系统1. 11个双列直插插座个双列直插插座 这一部分在实验台的左上部，实验时用于这一部分在实验台的左上部，实验时用于插中、小规模数字逻辑器件。注意：插座插中、小规模数字逻辑器件。注意：插座的电源和地都没有连接。的电源和地都没有连接。TEC-5实验系统实验系统2. ispLSI1032 它位于实验台的左下部，用于设计并实现复杂它位于实验台的左下部，用于设计并实现复

59、杂的数字逻辑或数字系统电路。它有的数字逻辑或数字系统电路。它有1个下载插座，个下载插座，下载时下载电缆的一端插在下载插座上，另一下载时下载电缆的一端插在下载插座上，另一端插在端插在PC机并行口上，下载电缆将机并行口上，下载电缆将PC机和机和ispLSI1032连在一起。在连在一起。在PC机上运行机上运行ispEXPERT工具软件，输入数字逻辑或数字系工具软件，输入数字逻辑或数字系统的设计方案，进行编译、连接和适配，然后统的设计方案，进行编译、连接和适配，然后下载到下载到ispLSI1032中去，就构成了中去，就构成了1个新的能实个新的能实现设计功能的器件。数字逻辑和数字系统中的现设计功能的器件

60、。数字逻辑和数字系统中的综合实验，就是用综合实验，就是用ispLSI1032实现的。实现的。TEC-5实验系统实验系统3. 六个数码管及其驱动电路。六个数码管及其驱动电路。 为了能做较复杂的实验，比如电子时钟和数字为了能做较复杂的实验，比如电子时钟和数字频率计等实验，实验台上安装了频率计等实验，实验台上安装了6个共阳极数码个共阳极数码管。六个数码管位于实验台的上部中间。右边管。六个数码管位于实验台的上部中间。右边5个数码管各由一片个数码管各由一片BCD七段译码器七段译码器/驱动器驱动器74LS47驱动。只需在各数码管的驱动。只需在各数码管的4个输入插孔个输入插孔（D为最高位，为最高位，A为最低位）接入为最低位