[计算机组成原理实验TEC-5实验指导书0.doc

TEC-5计算机组成原理实验系统 学生实验指导书 2010年3月 目 录 第一章 TEC-5计算机组成和数字逻辑实验系统介绍 2 第二章 ispEXPERT编程软件入门 13 2.1 ispEXPERT使用概述 13 2.2 建立由ABEL-HDL源文件组成的设计 16 2.3 建立由原理图源文件组成的设计 20 2.4 混合设计及层次导航 28 2.5 编译、模拟与器件适配 29 2.6 下载 32 第3章 计算机组成原理实验 35 3.1 运算器组成实验 35 3.2 双端口存储器原理实验 38 3.3 数据通路组成实验 40 3.4 常规型微程序控制器组成实验 43 3.5 CPU组成与机器指令执行周期实验 53 3.6 硬连线控制器的设计与调试（课程设计） 55 第一章 TEC-5计算机组成和数字逻辑实验系统介绍 一、TEC-5实验系统的特点 1. 采用单板式结构、计算机模型采用8位，简单、实用。计算机模型分为数据通路、控制器、时序电路、控制台、数字逻辑实验区五部分。各部分之间采用可插、拔的导线连接。 2．指令系统采用4位操作码，容纳16条指令，已实现了加、减、逻辑与、存数、取数、条件转移、IO输出和停机8条指令，指令功能非常典型。其他8条指令备用。 3．数据通路采用双端口存储器作为主存，实现了数据总线和指令总线双总线体制，体现了当代CPU的设计思想。 4．运算器中ALU由2片74181实现。4个通用寄存器由1片ispLSI1016组成，设计新颖。 5．控制器采用微程序控制器和硬连线控制器两种类型，体现了当代计算机控制器设计技术的完备性。 6．控制存储器中的微代码可以通过PC机下载，省去插、拔EEPROM芯片。 7．实验台上提供了一片在系统编程器件ispLSI1032,学生在PC机设计好组合逻辑控制器方案后下载到ispLSI1032中，ispLSI1032就构成了新的控制器。控制器的设计并实现对提高计算机综合设计能力会有很大帮助。ispLSI1032也可用于数字逻辑和数字系统的设计。 8．控制台包含8个数据开关，用于置数功能；16个双位开关，用于置信号电平；控制台有复位和启动二个单脉冲发生器，有单拍、单步二个开关。控制台有5种操作：写存储器，读存储器，读寄存器，写寄存器，启动程序运行。 9．微程序控制器中的微代码输出、微地址总线、程序地址总线、数据总线、存储器地址总线、进位、双端口存储器的读、写冲突位BUSYL#和BUSYR#等都有指示灯，便于查看指令的执行过程。 10．数字逻辑和数字系统实验部分除上述可用的一片ISP1032、16个电平开关和2个单脉冲按钮（复位和启动）外，还有12个指示灯，11个双列直插插座，5个8432编码驱动的数码管，1个直接驱动的数码管，1个喇叭。时钟信号源有500KHz,50KHz，5KHz。 11．电源部分具有抗电源对地短路能力。 二、TEC-5实验系统的组成 TEC-5实验系统由以下几个部分组成： 控制台 数据通路 控制器 时序电路 数字逻辑实验区 电源模块 下面分别对各组成部分予以介绍。 三、电源 电源部分由一个电源、一个电源插座、一个电源开关和一个红色电源指示灯组成。电源通过四个螺钉安装在实验箱底部，它输出+5V电压，最大负载电流3A，具有抗+5V对地短路功能。电源插座用于接交流220V，插座内装有保险丝。电源开关接通时，模块电源输出+5V，红色指示灯点亮。 四、时序发生器 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。时序电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10(U64、U66)、一片74LS390(U65)组成。根据本机设计，执行一条微指令需要4个节拍脉冲T1、T2、T3、T4，执行一条机器指令需要三个节拍电位W1、W2、W3，因此本机的基本时序如下： 图中，MF是晶振产生的500KHz基本时钟，T1、T2、T3、T4是数据通路和控制器中各寄存器的节拍脉冲信号，印制板上已将它们和相关的寄存器相连。T1、T2、T3、T4既供微程序控制器使用，也供硬连线控制器使用。W1、W2、W3只供硬连线控制器做节拍电位信号使用。另外，供数字逻辑实验使用的时钟50KHz和5KHz由MF经一片74LS390分频后产生。 五、数据通路 TEC-5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编程器件作为寄存器堆，使得设计简单明了，可修改性强。 图1.2是数据通路总体图，下面介绍图中各个主要部件的作用。 1．运算器ALU 运算器ALU由两片74LS181(U55和U60)组成，其中U60进行低4位运算，U55进行高4位运算。在选择端M和S0-S3控制下，ALU对数据A、