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TEC-XP实验机硬件组成及工作原理.doc

发布:2018-03-08约8.93千字共13页下载文档
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TEC-XP 实验机硬件组成及工作原理 学院:信息工程学院 专业班级:计算机113班 姓名:李雪婷 学号:2011013058 目录 1.TEC-XP计算机组成原理与系统结构实验系统概述 15 1.1 TEC-XP教学计算机系统系列和总体组成概述 15 1.2 TEC-XP教学计算机的指令系统设计 15 1.3 TEC-XP教学计算机的结构和组成设计 16 1.4 教学计算机的指令 16 2.教学计算机硬件系统的组成 17 2.1启停线路 17 2.2运算器部件 17 2.3总线线路 19 2.4存储器部件 20 2.5串行接口线路 21 2.6控制器部件 22 1.TEC-XP计算机组成原理与系统结构实验系统概述 1.1 TEC-XP教学计算机系统系列和总体组成概述 TEC-XP是由清华大学计算机系和清华大学科教仪器厂联合研制并通过了教育部主持的成果鉴定的适用于计算机组成原理与系统结构的实验系统,主要用于计算机组成原理和计算机系统结构等课程的硬件教学实验,同时还支持监控程序、汇编语言程序设计、BASIC高级语言程序设计等软件方面的教学实验。它的功能设计和实现技术,都紧紧地围绕着对课程教学内容的覆盖程度和所能完成的教学实验项目的质量与水平来进行安排。其突出特点有二,一是硬、软件基本配置比较完整,能覆盖相关课程主要教学内容,支持的教学实验项目多且水平高,文字与图纸资料相对齐全。二是既有用不同集成度的半导体器件实现的真实“硬件”计算机系统,同时还有在PC计算机上用软件实现的功能完全相同的教学计算机的“软件”模拟系统,其组成和实现的功能如下图所示。 软件:解释 BASIC 语言 汇编语言支持 监控程序 硬件:运算器,控制器(多种实现: (微程序或硬布线控制器, 中小规模器件或FPGA器件实现) 主存储器,总线,接口 输入设备,输出设备 硬件与电路:逻辑器件和设备 软件:解释 BASIC 语言 汇编语言支持 监控程序(指令)级模拟 教学机模拟:运算器、控制器模拟 (微程序级或硬布线控制器级模拟) 主存储器模拟,总线、接口模拟 输入设备/ 输出设备模拟 运行环境:PC机,Windows系统 图1.1 硬件实现的实际计算机系统 图1.2 软件实现的模拟计算机系统 从图1.1可以看到,该计算机硬件系统组成中,功能部件是完整齐备的,运算器、控制器、存储器、计算机总线、输入输出接口等配备齐全,还可以接通PC机仿真终端执行输入输出操作,同时实现了微程序方案的和硬布线方案的2种控制器。从CPU的具体设计和实现技术区分,既支持用中小集成度芯片实现CPU的方案,也支持选用高集成度的FPGA门阵列器件实现CPU的方案,体现了CPU系统设计的最新水平。 从图1.2可以看到,软件实现的计算机指令级模拟系统,可以使实验人员脱离实际的教学计算机系统,在PC机上执行教学计算机软件系统的全部功能;微程序和硬连线这一级别的模拟软件,可以通过PC机屏幕查看在教学计算机内部数据、指令的流动过程,并显示每一步的运行结果,为设计、调试教学机新的软件或硬件功能提供重要的辅助作用。 1.2 TEC-XP教学计算机的指令系统设计 合理地确定一台计算机的指令系统,无论对计算机厂家还是对最终用户来说都是十分重要的事情,它密切关系到计算机设计与实现的复杂程度和生产成本,计算机使用的难易程度和运行效率。教学计算机的指令系统的具体组成和指令格式如图1.3所示。从图中可以看到,指令中包括单字指令和双字指令,第一个指令字的高8位是指令操作码字段,低8位和双字指令的第二个指令字是操作数地址字段,分别有3种用法。 8位 4位 4位 操作码 DR SR IO端口地址 / 相对偏移量 立即数 / 直接内存地址 / 变址偏移量 图1.3 教学机的指令格式 8位指令操作码(记作“IR15~IR8”),各位的含义如下: IR15、IR14 用于区分指令组: 0×表示A组,10表示B组,11表示C、D组; IR13 用于区分基本指令和扩展指令:0表示基本指令,1表示扩展指令; IR12 用于简化控制器的实现,暂定该位的值为0; IR11~IR8 用于区分同一指令组中的不同指令(最多16条); IR11 还用于区分C、D组指令(每组最多8条):0表示C组,1表示D组。 第一个指令字中的操作数地址字段可以给出:4位的通用寄存器编号(DR代表目的寄存器,SR代表源寄存器),8位的IO端口地址,8位的相对变址偏移量。第二个指令字用于给出16位的立即数,16位的直接内存地址,或者16位的变址偏移量 1.3 TEC-XP
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