TEC-XP是16位的教學實驗系統,由清華大學科教儀器廠、清華大學計算機系聯合研制。適用于本科、碩士研究生的計算機組成原理和計算機系統結構課程的教學實驗。該系統有自己的指令系統和監控程序,能夠與終端或PC機相連(可以通過鍵盤輸入程序執行,結果可以通過終端或者顯示器顯示),可以進行聯機操作和執行比較完整的程序。實驗系統分成主要的兩個部分:一部分采用模塊化的結構(運算器、控制器、主存儲器、I/O接口和中斷)構成一臺完整的模型計算機,支持組合邏輯控制器和微程序控制器兩種控制器方案,兩種控制器緊湊合理,完成教學實驗方便;另一部分采用先進的FPGA芯片,用戶可自行設計CPU(流水和CACHE)。系統的軟硬件配置完整,技術資料齊全,支持的實驗項目多、水平高,實驗手段先進。
▲ 主要技術指標
1. 機器字長16位, 即運算器、主存、數據總線、地址總線均是16位。
2. 基本指令系統支持多種基本尋址方式。其中部分指令已實現, 用于設計監控程序和用戶的常規匯編程序, 尚保留多條指令供用戶自己實現。
3. 主存尋址空間是18K字,可進行主存儲器擴展實驗。
4. 運算器由4片位片結構器件AM2901級聯而成, 片間用串行進位方式傳遞進位信號。ALU實現8種算術與邏輯運算功能, 內部包括16個雙端口讀出、單端口寫入的通用寄存器, 和一個能自行移位的乘商寄存器。設置C、Z、 V、S四個狀態標志位。運算器實驗可以有脫機和聯機兩種實驗方式。
5. 控制器采用微程序和組合邏輯兩種控制方案實現。組合邏輯控制器用的是LATTICE公司的CPLD的芯片。在做控制器實驗時,用戶可按基本指令的格式和流程擴展指令,編寫程序使新老指令同時運行。
6. 主機上安裝有一路INTEL8251串行接口,可直接接計算機終端, 或接入一臺PC機作為自己的仿真終端。另保留一路為用戶擴展用,可完成串口初始化,雙機通訊等實驗。
7. 主機可完成三級中斷實驗和中斷嵌套實驗。
8. 實驗箱有自己的監控程序(操作系統),支持多種實驗方式(如:單步/連續,手動置指令/從內存讀指令等),監控源碼開放,用戶可以修改。
9. 配有簡單的邏輯筆電路,可以測量板上各個信號的電壓。
10. 用作組合邏輯控制器的MACH芯片和實驗箱上的XILINX的FPGA芯片也可用于實現各種時序電路和組合邏輯電路實驗。
11. 實驗箱上XILINX的FPGA芯片可以實現流水和非流水兩種CPU方案,還可完成高速緩沖存儲器(cache)的教學實驗。
12. 實驗箱支持比較正規的匯編語言設計和BASIC語言設計。
13. 實驗箱配套指令級和微指令級的仿真軟件。
▲ 實驗內容
TEC-XP支持的實驗分為基本實驗和可選實驗,基本實驗指學習計算機組成原理課通常要完成的實驗項目, 通過這些實驗可達到學習基本原理和訓練基本技能目的??蛇x實驗是指教學機支持的那些難度較大需要較長時間完成的實驗項目或是數字電路和系統結構以及EDA課程支持的實驗,這些實驗可作為課程設計的內容或用作畢業設計的題目,這部分實驗可以提高學生的創新能力和動手能力。
基本實驗
1. 基礎匯編語言程序設計
2. 脫機、聯機運算器實驗
3. 組合邏輯控制器(硬布線控制器)實驗
4. 主存儲器實驗
5. 串行口輸入輸出實驗
6. 中斷實驗
7. 時序電路實驗
8. 微程序控制器實驗
可選實驗(課程設計、畢業設計)
1. 用FPGA實現的不支持流水的CPU(模型機)。
2. 用FPGA實現的支持流水的CPU(模型機)。
3. CACHE實驗。
4. 用CPLD和FPGA實現各種組合邏輯電路和時序電路實驗。
5. 數字電路實驗(基于GAL、MACH和XC2S200的)。
6. EDA(CPLD和FPGA兩種實現方式)實驗。
▲ 推薦教材
教材:
《計算機組成與設計》 王誠
《計算機組成與設計實驗指導》 王誠
《計算機組成與結構》 王愛英
《計算機系統結構》 鄭緯民、湯志忠
軟件:
《計算機組成原理多媒體課件》 王誠