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计算机硬件系统组成

计算机硬件系统组成. 控 制 器. 运 算 器. 高速缓存. 总线 和 入出接口. 主存储器. 输入设备. 虚拟存储器 ( 磁盘设备 ). 输出设备. 运算器. 控制器. 主振 脉冲. C Z V S. 微程序定序器. ALU. 程序计数器. 控制 存储器. PC. R0. 操作数 地址. 映射. R1. 乘商寄存器. 寄存器组. 指令寄存器. 地址寄存器. 微指令寄存器. Rn. 操作码. IR. AR. 下地址字段内容. 用于运算器. 数据总线. 控制总线. 地址总线.

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计算机硬件系统组成

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  1. 计算机硬件系统组成 控 制 器 运 算 器 高速缓存 总线 和 入出接口 主存储器 输入设备 虚拟存储器 (磁盘设备) 输出设备

  2. 运算器 控制器 主振 脉冲 C Z V S 微程序定序器 ALU 程序计数器 控制 存储器 PC R0 操作数 地址 映射 R1 乘商寄存器 寄存器组 指令寄存器 地址寄存器 微指令寄存器 Rn 操作码 IR AR . 下地址字段内容 用于运算器 数据总线 控制总线 地址总线 0 单元 接口 1单元 主存储器 输入设备 输出设备 n单元

  3. TEC-2教学机的指令格式 6位 2位 4位 4位 操 作 码 条件码 目的寄存器 源寄存器 I/O 端 口 地 址 条件转移指令的偏移量 直接数 / 内存地址 / 指令中变址偏移量 单字指令仅用一个指令字。 双字指令要用两个指令字, 此时第二个指令字的内容可能是立即数、一个绝对地址或一个变址位移量。

  4. TEC-2教学机的指令格式 6位 2位 4位 4位 操 作 码 条件码 目的寄存器 源寄存器 I/O 端 口 地 址 条件转移指令的偏移量 直接数 / 内存地址 / 指令中变址偏移量 第一个指令字分为三个主要部分。 最高6位是操作码。从这个意义上讲, 教学机的基本指令是固定长度的操作码结构, 最多支持64条基本指令。 中间的两位, 即第9、8两位是条件码。目前我们把它用作条件转移指令的判断条件。 最低的8位有多种用法：1 或 2 个寄存器的编号，入/出端口的地址，或用于给出相对转移指令的偏移量

  5. TEC-2垂直板布局图 串行接口电路 运算器 存储器 微型开关 两板连接线 串口

  6. 两板连接线 TEC-2水平板布局图 显示指示灯 显示选择控制电路 控存 电源 控制器 单步按钮 显示开关 功能开关 单步/连续开关 加载微指令按钮 复位按钮 数据输入开关

  7. 目录 • 具体指令详见Ｐ78 • 主要技术指标见P75 • 监控程序Monitor的功能与用法见P113 • 功能开关含义见P101 • 显示开关含义见P192

  8. TEC-2机的技术指标 • ⑴ TEC-2机的字长为16位，即运算器、主存、数据与地址总线均为16位； • ⑵ TEC-2机的指令系统，基本指令系统支持类PC的64条指令，多种指令格式，7种寻址方式；其中53条指令已实现，用于写出该机的监控程序，尚留11条指令供实验者自己实现； • ⑶ 主存支持64K字，通常用字寻址方式，现安装了4K W的ROM，存放监控程序，2K W的RAM，存放用户数据及数据； • ⑷ 运算器由4片4位的位片结构的运算器件级联而成，每片内由实现8种运算功能的ALU和16个双端口读出、单端口写入的通用寄存器组成；另配有一片快速进位器件实现高速进位；

  9. TEC-2机的技术指标 • (5)作为TEC-2机的扩展部分，TEC-2机通过一条50芯扁平电缆，可以与一块有通用面包板组成的扩展实验盒相连。在面包板上用户可以完成主存扩展，并行接口，实时钟，DMA接口，A/D或D/A转换接口实验，能驱动打印机，软磁盘驱动器等外设的工作；此时TEC-2机支持7级中断. • (6)ＴＥＣ－２机上安装有约２６个纽子开关、３个按扭微动开关、１６个发光二极观管等，在不接入计算机终端与ＰＣ机的情况下，能在手动方式下完成全部实验项目。

  10. 监控程序Monitor的功能与用法 • 当功能开关FS1-FS4设置为1010状态时，TEC-2机将从0地址开始执行程序，即使监控程序进入运行状态，此后可以从键盘打入监控程序的命令并使其执行。 • 监控程序提供类似PC机DOS系统下的Debug程序的功能，支持A、U、G、P、T、R、D、E和X9条命令。

  11. 监控程序Monitor的功能与用法 • 单条汇编命令A • 格式： A[adr] • 这里的[adr]表示此处的地址参数adr为任选项，无参数时，系统将取默认值。该规则下同。 • 功能：完成单条指令的汇编操作，把产生出来的TEC-2机的执行代码放入对应的内存单元中。命令名后的地址将是头一条汇编语句的执行码的内存单元地址。每条语句汇编完成之后，系统将相应修改地址值，以便正确处理下条汇编语句。 • 在应该输入语法句时，不给出汇编语句而直接回车，则结束A命令的运行过程。 • 这里的单条汇编功能并不很完善，例如不支持语句标号，也不能使用伪指令等。遇到这些问题，要求使用者直接使用机器码，并通过E命令将其送入相应内存单元。

  12. 监控程序Monitor的功能与用法 • 反汇编命令U • 格式：U[adr] • 功能：每次从指定的（或默认的）地址反汇编15条指令，并将结果显示在中断屏幕上。反汇编完成之后，已将该命令的默认地址修改好。接下来再键入不带参数的U命令，保证接着从上一次反汇编的最后一条语句之后继续反汇编。

  13. 监控程序Monitor的功能与用法 • 执行程序命令G • 格式：G[adr] • 功能：从指定的（或默认的）地址连续运行一个用户程序，为了使程序执行后能返回监控程序，要求每个程序的后一条指令应为RET指令。

  14. 监控程序Monitor的功能与用法 • 单指令执行程序命令T和P • 格式：P[adr] T[adr] • 功能：从指定地址（或PC中的当前地址）开始单条执行程序指令。通常情况下，每按一次T或P将执行一条指令。T和P命令的区别是，T总是执行单条指令，但执行P命令时，则把每一个CALL语句连同被调用的子程序一次执行完成。每次执行后均显示所有通用寄存器及状态寄存器的内容，并反汇编出下一条将要执行的指令。

  15. 监控程序Monitor的功能与用法 • 显示/修改寄存器内的容命令R • 格式：R[reg] • 其中reg为寄存器名R0-R15或SP（R4），PC（R5），IP（R6），当R命令不带寄存器名时，显示全部寄存器（包括SP，PC和IP）及状态寄存器的值，并反汇编当前PC所指的一条指令，其中状态的显示格式为：“F=8位二进制数”，其各位的值分别对应于C、Z、V、S，INTE、P2、P1、P0的值，当R命令带有寄存器名时，先显示出该寄存器的值，若修改则打入新值回车，否则只按回车即可。

  16. 监控程序Monitor的功能与用法 • 显示寄存器内容命令D • 格式：D[adr] • 功能：从指定（或默认）地址开始显示内存120个存储字的内容。 • 显示的格式：最左一列4位的16进制数是本行中第一个字的地址，接下来的8列是4位的16进制的8个连续内存字的内容，最右一列是每个字节所对应的ASCII字符。当其值不为可显示字符的ASCII码值时，用一个“·”字符标记。 • 连续的D命令，保证所显示内容前后正确的连续关系，即每次执行D命令，会将默认的地址值加上120。TEC-2机通常采用字地址读写内存。

  17. 监控程序Monitor的功能与用法 • 修改存储器内容命令E • 格式：E[adr] • 功能：从指定（或默认）地址逐字显示每个内存字的内容，并等待用户打入一个新的值存回该内存单元。若用户未打入新值就打了空格键，则该内存单元内容保持不变。若在打入新值后跟空格键，则内存单元内容写成新值。空格键表明要连续修改一片内存区，故接下来显示下一个单元的内容并等待修改。打回车键，则会结束E命令的执行过程，若回车前打入一个新值，相应内存单元的内容也将被修改。

  18. 监控程序Monitor的功能与用法 • 控制台切换命令X • 格式：Ｘ（不能带参数） • 功能：完成ＴＥＣ－２机的控制台切换 • ＴＥＣ－２机本身配备２个串行接口，可以同时接上２台终端或ＰＣ机，但在任一时刻，只能有一台可供监控程序作为控制台使用。Ｘ命令可以完成２台终端或ＰＣ机之间的控制台切换功能。当然，用户的程序可以控制接在２个串行口上的设备同时运行，但控制台在任何时刻只能是其中的一个。

  19. 功能开关含义

  20. 显示开关含义

  21. TEC-2实验操作图

  22. 联机通讯指南 • 一 准备 • 1．准备一台PC机 • 2．把TEC-2在实验台上放好打开；将TEC-2的随机电源放在TEC-2左侧，并确认电源开关处于关断的位置。 • 二 连接电源线 • 1．将TEC-2电源的直流输出插头P8插在TEC-2的板左侧的插座P8上；将TEC-2电源的直流输出插头P9插在TEC-2的板左侧的插座P9上。 • 特别提醒注意：不要接反P8和P9，否则会烧机器或电源。 • 2．将TEC-2电源的电源线一端接电源的交流输入插孔，另一端接220V交流电源接线盒。 • 注意：TEC-2电源的交流电源线必须和计算机的电源线接在同一个有地线的电源接线盒上，以保证两设备共地，否则可能烧毁电源或机器。

  23. 三 连接TEC-2和PC • 1．准备好随机提供的TEC-2和PC的串口通讯电缆。该电缆一端是9孔的插头，另一端是25孔的插头。 • 注意：TEC-2随机提供多条通讯电缆，请务必正确选用，以免错误连接造成联机失败。 • 2．把串口通讯电缆的9孔插头接在TEC-2机的上板左下角V70插座上，25孔插头插在计算机的串口上（COM1或COM2）。 • 如果PC上没有25针的串口或25针的串口已被其它设备占用，TEC-2随机提供一个9转25的转换器可以把25孔的插头转换成9孔的插头，接在9针的串口上。

  24. 四 TEC-2的初始设置 • 将TEC-2大板下方开关S2~S0拨成100（向上为“1”，向下为“0” ）； • FS1~FS4拨成1010（向上为“1”，向下为“0” ）； • 将CONT/STEP钮子开关拨到CONT位置。 • 五 开机 • 1．打开计算机电源开关，使计算机正常启动。 • 2．打开TEC-2电源开关，TEC-2大板左上角一排批示灯亮。

  25. 实验一 运算器实验 • 一、实验目的： • 建立对TEC-2机的感性认识，了解TEC-2机的实际组成、指令格式、指令功能和监控命令的格式、功能及用法。深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。 • 二、实验内容： • （1）学习、了解TEC-2机的结构，开关、指示灯、按键的简单用法。 • （2）学习、了解TEC-2机监控命令的用法。包括：程序运行、寄存器、内存读写与修改等。 • （3）学习、了解TEC-2机指令系统的用法，学习简单的汇编程序设计。熟悉常用汇编命令。包括：汇编、反汇编等。

  26. 实验一 运算器实验 • 三、实验步骤： • 脱机方式 • 将TEC—2机功能开关FS4置为“1” • 将TEC—2机主脉冲置为单步方式，即STEP/CONT开关拨向STEP一边 • 用D0+0—>R0将立即数D0置入寄存器R0

  27. 实验一 运算器实验 • 按上表设置各控制信号（MI8-MI0为垂直板元件V60 SW2，A口、B口、SCI、SSH为垂直板元件V61 SW1） • 按上表设置十六位数据开关（为：“AAAAH”，即“1010 1010 1010 1010”） • 按压一次STEP键后，立即数D0即置入寄存器R0中 • 用D1+0—>R1将立即数D1置入寄存器R1

  28. 实验一 运算器实验 • 按上表设置各控制信号（MI8-MI0为垂直板元件V60 SW2，A口、B口、SCI、SSH为垂直板元件V61 SW1） • 2．按上表设置十六位数据开关（为：“5555H”，即“0101 0101 0101 0101”） • 3．按压一次STEP键后，立即数D1即置入寄存器R1中 • （五）、对R0和R1进行各种算术、逻辑运算可参看下表， • 将开关S2 S1 S0置于“110”状态时，指示灯将显示ALU的运算结果 • 将开关S2 S1 S0置于“000”状态时，指示灯将显示SVZC的状态 • （H25=S， H26=V，H27=Z， H28=C）

  29. 实验一 运算器实验

  30. 实验一 运算器实验 • 联机方式 • （一）启动TEC-2机，进入临控程序状态（具体方法见“附件：联机通讯指南”所述） • （二）用“A”命令输入程序 • 在命令行提示符状态下输入：A800 • 屏幕将显示：0800： • 之后继续输入：MOVR0，AAAA • MOVR1，5555 • ADDR0，R1 • SUBR0，R1 • ORR0，R1 • AND R0，R1 • RET

  31. 实验一 运算器实验 • （三）用“G”命令行程序 • 在命令行提示符状态下输入：G800 • 执行上面输入的程序 • （四）用“R”命令观察运行结果及状态 • 命令行提示符状态下输入：R • 观察运行结果及状态 • 屏幕将显示： • R0=5555R1=5555… …PC=0800… … …F=00000111 • 0800：2C00MOVR0，AAAA

  32. 实验一 运算器实验 • （五）用“T”或“P”命令单步执行，用“R”命令观看结果及状态 • 在命令行提示符状态下输入：T或P • 重复执行第（四）步，观察运行结果及状态

  33. 实验二 微程序控制器实验 • 一、实验目的： • 1．深入理解计算机控制器的功能、组成知识； • 2．深入地学习计算机各类典型指令的执行流程； • 3．对指令格式、寻址方式，指令系统、指令分类等建立具体的总体概念； • 4．学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术。

  34. 实验三 TEC-2主存储器扩展实验 • 一、实验目的： • 学习主存储器系统设计知识，了解主存工作的时序关系。了解存储器扩展的方法。掌握扩展板与TEC-2机的连接方法。 • 二、实验内容： • （1）完成外部扩展存储器与TEC-2机的连接。连接各地址线、控制线、门电路共29条连线。连接50芯扁平电缆到TEC-2机。 • （2）完成外部与主存储器的数据读写，用D、E命令监控。 • （3）存储器的动态测试。

  35. 实验三 TEC-2主存储器扩展实验

  36. 实验三 TEC-2主存储器扩展实验 • 三、接线（用直径0.2mm的单股导线） • （一）输出允许接地 • 6116芯片①、②、③、④右侧/OE均接地（扩展板左上方） • （二）接扩展板读、写信号 • 6116芯片①、②、③、④右侧/WE均接/MMW（扩展板左上方） • （三）接6116芯片地址总线 • A0—A10（6116芯片①的左侧）接AB0—AB10（138芯片左侧） • （四）6116芯片片选接138译码器 • 1．6116芯片①、②右侧/CS均接/Y0（138芯片右侧） • 2．6116芯片③、④右侧/CS均接/Y1（138芯片右侧）

  37. 实验三 TEC-2主存储器扩展实验 • （五）接138译码器输入 • 1．AB15接G1（138芯片左侧） • 2．AB14接G2B（138芯片左侧） • 3．AB13接C（138芯片左侧） • 4．AB12接B（138芯片左侧） • 5．AB11接A（138芯片左侧） • 6．/MERQ接G2A（138芯片左侧） • （六）内存扩展板与TEC-2主机相连 • 将TEC-2机50芯扁平电缆线与扩展板相连 • （注意：50芯扁平电缆线与扩展板方向不要接反，扁平电缆线红线边向上）

  38. 实验二 TEC-2主存储器扩展实验 • 四、实验步骤： • <一>、启动TEC-2机，进入监控程序状态（具体方法见“附件：联机通迅指南”所述） • <二>、单步命令实验 • １、从8000H开始的内存单元实验 • （1）用“E”命令输入数据 • 在命令行提示符状态下输入：E8000 • 屏幕将显示：8000： • 继续输入：（每个数间用空格分开，输入完用回车键） • 00001111222233334444 5555 6666777788889999

  39. 实验二 TEC-2主存储器扩展实验 • （2）用“D”命令察看输入的数据 • 在命令行提示符状态下输入：D8000 • 屏幕将显示： • 8000：00001111222233334444555566667777 • 8008：88889999 … • 观察内容是否正确

  40. 实验二 TEC-2主存储器扩展实验 • ２、从8800H开始的内存单元实验 • （1）用“E”命令输入数据 • 在命令行提示符状态下输入：E8800 • 屏幕将显示：8800： • 继续输入：（每个数间用空格分开，输入完用回车键） • 00001111222233334444 55556666777788889999 • （2）用“D”命令察看输入的数据 • 在命令行提示符状态下输入：D8800 • 屏幕将显示： • 8800：00001111222233334444555566667777 • 8808：88889999 … • 观察内容是否正确

  41. 实验二 TEC-2主存储器扩展实验 • <三>、连续程序实验 • １、从8000H开始的内存单元实验 • （1）用“A”命令输入程序 • 在命令行提示符状态下输入： A800 • 屏幕将显示：0800： • 继续输入：MOVR0，8000 • MOVR1，0000 • MOVR2，800 • MOV[R0]，R1 • INCR0 • INCR1 • DECR2 • JPNZ，806 • RET

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