TEC-XP16計算機組成原理教學實驗系統是16位機,由清華大學科教儀器廠、清華大學計算機系聯合研制??捎糜陔姶?、本科、碩士研究生的計算機組成原理課程教學實驗。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,結果可以通過指示燈或者顯示器顯示),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。系統的軟硬件配置完整,技術資料齊全,支持的實驗項目多,對提高學生的動手能力、加強學生對計算機整體和各組成部分的理解、增強學生計算機系統綜合設計能力都有很大幫助。
▲ 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. 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, 基本容量為8K字節(或16位字)的E2PROM和2K字節(或16位字)的RAM存儲區域??蛇M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。
5. 控制器采用微程序和組合邏輯兩種控制方案實現??刂破鞯闹饕骷捎玫氖荓ATTICE公司的CPLD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,設計新的控制器文件并下載,然后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。選用了MAX202倍壓線路,以避免使用+12V和-12V電源。另保留一路為用戶擴展用。用戶可完成串口初始化,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. 在主板上設置了一定擴展實驗用的器件插座, 提供了部分地址、數據和控制等信號, 以便支持在主板上完成一些擴展實驗。
9. 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。
10. 實驗箱支持比較正規的匯編語言設計和BASIC語言設計。
11. 實驗箱配套指令級和微指令級的仿真軟件。
▲ 實驗內容
TEC-XP16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的目的??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,這些實驗可作為課程設計的內容或用作畢業設計的題目。
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. 微程序控制器實驗
8. BASIC程序設計
9. 控制器的軟件仿真實驗
可選實驗
1. 故障診斷的設計與實現
2. 數字電路實驗(組合邏輯電路如:譯碼器、編碼器、多路選擇器、加法器、三態門;簡單的門電路以及時序邏輯電路如:R-S觸發器、D型觸發器、計數器等)
3. 用一臺正確運行的實驗機輔助調試另一臺實驗機
4. 實驗機的監控程序、交叉匯編程序的修改與擴充的實驗
5. 擴充的輸入/輸出接口、設備與驅動程序的實驗
6. 設計與實現一套全新指令系統的CPU
▲ 配套資料
《TEC-XP16教學計算機系統技術說明和實驗指導書》
《TEC-XP16教學計算機系統教師實驗指導書》
▲ 參考教材和資料
教材:《計算機組成與設計》(第2版) 王 誠 “十五”規劃教材
北京市精品教材
《計算機組成與設計實驗指導》 王 誠
《計算機組成原理》 (第3版) 王 誠 北京市精品教材
《計算機組成與體系結構》 王 誠
《計算機組成與結構》 王愛英
軟件:《計算機組成原理多媒體課件》 王 誠