計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)(TEC-6)

計(jì)算機(jī)組成原理【實(shí)驗(yàn)原理】 為了進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)，首先需要了解TEC-6模型計(jì)算機(jī)的基本時(shí)序。在TEC-6中，執(zhí)行一條微指令（或者在硬布線控制器中完成1個(gè)機(jī)器周期）需要連續(xù)的3個(gè)時(shí)序脈沖T1、T2和T3。它們的時(shí)序關(guān)系如圖2-1所示：對(duì)于運(yùn)算器操作來(lái)說(shuō)，在T1期間，讀取微指令，產(chǎn)生控制運(yùn)算的信號(hào)，并將控制信號(hào)保持到T3結(jié)束；在T2期間，根據(jù)控制信號(hào)，完成運(yùn)算功能；在T3的上升沿，保存運(yùn)算結(jié)果。圖2-2,運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)的電路圖。在TEC-6模型計(jì)算機(jī)中，寄存器組由4個(gè)寄存器R0（U50）、R1（U51）、R2（U45）、R3（U46）以及2個(gè)三3輸入正與門(mén)組成（U33和U38）。4個(gè)寄存器R0、R1、R2和R3都是74LS374。R0是累加器，它的輸出通過(guò)A總線送運(yùn)算器的A端口；R1、R2和R3是通用寄存器，它們的輸出通過(guò)B總線送運(yùn)算器的B端口。R0、R1、R2和R3從數(shù)據(jù)總線DBUS接收數(shù)據(jù)。R0的輸出A7—A0直接送A總線，而B(niǎo)總線有3個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源R1、R2和R3，因此需要用3個(gè)信號(hào)RS1#、RS2#和RS3#決定哪一個(gè)寄存器的輸出送B總線。當(dāng)信號(hào)RS1#、RS2#和RS3#中的任何一個(gè)為0時(shí)，則將對(duì)應(yīng)的寄存器輸出送B總線。U33A、U33B、U33C和U38D完成對(duì)各個(gè)寄存器的寫(xiě)入功能。信號(hào)LDR控制整個(gè)寄存器寫(xiě)操作，而信號(hào)LDR0、LDR1、LDR2和LDR3控制單個(gè)寄存器的寫(xiě)操作。當(dāng)LDR為1時(shí)，如果LDR0、LDR1、LDR2和LDR3中的其中一個(gè)為1，則在T3的上升沿將數(shù)據(jù)總線DBUS上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的寄存器。 數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)SD7—SD0是8個(gè)雙位開(kāi)關(guān)。用手撥動(dòng)這些開(kāi)關(guān)，能夠生成需要的SD7—SD0的值。在信號(hào)SWBUS#-I為0時(shí)，SD7—SD0通過(guò)一個(gè)8線驅(qū)動(dòng)器74LS244（U11）送往數(shù)據(jù)總線DBUS。在本實(shí)驗(yàn)中，使用數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)SD7—SD0設(shè)置寄存器R0、R1、R2和R3的值。運(yùn)算器ALU的作用是對(duì)A總線（A7—A0）和B總線（B7—B0）上的2個(gè)8位數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，運(yùn)算后的數(shù)據(jù)結(jié)果在控制信號(hào)ALUBUS#-I為0送數(shù)據(jù)總線DBUS（D7—D0），運(yùn)算后的標(biāo)志結(jié)果在T3的上升沿保存進(jìn)位標(biāo)志位C-O和結(jié)果為0標(biāo)志位Z-O。運(yùn)算器由2片算術(shù)邏輯單元74LS181（U58和U59）、1片四2輸入正與門(mén)74LS08（U29）、1片雙D觸發(fā)器74LS74（U52）、1片8線反相驅(qū)動(dòng)器74LS240（U40）、1片8線驅(qū)動(dòng)器74LS244（U39）和1片8輸入正與非門(mén)74LS30（U47）構(gòu)成。2片74LS181（U58和U59）完成8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。U58進(jìn)行低4位運(yùn)算，U59進(jìn)行高4位運(yùn)算，U58和U59通過(guò)級(jí)聯(lián)方式連接。所謂級(jí)聯(lián)方式，就是將低4位74LS181的進(jìn)位輸出引腳圖2-2，原理圖TEC-6中運(yùn)算器操作功能表表2-174LS181正邏輯功能表選擇輸入S3S2S1S0

M=H邏輯功能M=L算術(shù)功能=H無(wú)進(jìn)位=L有進(jìn)位LLLL

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操作方式選擇S3S2S1S0M操作類型功能HLLHL

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實(shí)驗(yàn)內(nèi)容【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1．用邏輯筆測(cè)試時(shí)序信號(hào)T1、T2、T3。2．對(duì)下述四組數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減運(yùn)算。

⑴A=0F0H，B=10H

⑵A=10H，B=0F0H

⑶A=03H，B=05H

⑷A=0AH，B=0AH

3．對(duì)下述三組數(shù)據(jù)進(jìn)行與、或運(yùn)算

⑴A=0FFH，B=0AAH

⑵A=55H，B=0AAH

⑶A=0C5H，B=61H

4．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，記錄每一步中有關(guān)信號(hào)的值，并對(duì)這些信號(hào)的作用予以解釋?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備⑴將TEC-6實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的下列信號(hào)連接，以便控制信號(hào)能夠?qū)拇嫫鹘M和運(yùn)算器進(jìn)行控制。

信號(hào)SWBUS#-O和信號(hào)SWBUS#-I連接，

信號(hào)ALUBUS#-O和信號(hào)ALUBUS#-I連接，

信號(hào)RAMBUS#-O和信號(hào)RAMBUS#-I連接。

⑵將控制器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)置為微程序狀態(tài)，使用微程序控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)對(duì)寄存器組組和運(yùn)算器進(jìn)行控制。

⑶打開(kāi)電源

下述實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)指示燈亮代表對(duì)應(yīng)信號(hào)為1，信號(hào)指示燈滅代表對(duì)應(yīng)信號(hào)為0。實(shí)驗(yàn)時(shí)要對(duì)照?qǐng)D2-2察看每一步驟的相應(yīng)信號(hào)的值。2．用邏輯筆測(cè)試時(shí)序信號(hào)T1、T2、T3

⑴將邏輯筆的一端插入TEC-6實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“邏輯筆”上面的插孔中，另一端插入“T1”上方的插孔中。

⑵將單微指令開(kāi)關(guān)DP撥到向上位置，使TEC-6模型計(jì)算機(jī)處于單微指令運(yùn)行方式。⑶按復(fù)位按鈕CLR，使時(shí)序信號(hào)發(fā)生器復(fù)位。⑷按邏輯筆框內(nèi)的Reset按鈕，使邏輯筆上的脈沖計(jì)數(shù)器復(fù)位，2個(gè)黃燈D1、D0均滅。⑸按一次啟動(dòng)按鈕QD，這時(shí)指示燈D1D0的狀態(tài)應(yīng)為01B，指示