《计算机组成原理》课程设计性实验指导

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1、一、实验目的1、进一步掌握微程序定序器AM2910、运算器AM2901、外围GAL、EPROM芯片之间的联系，达到对整机概念的提升；2、掌握将逻辑功能写入现场可编程器件GAL的设计流程；3、掌握从基本硬件、微指令、微程序、机器指令到汇编指令的硬软件同时扩展的实现方法。二、实验条件硬件条件：TEC-2000教学机，微机，SUPERPRO编程器、GAL、EEPROM芯片；软件条件：监控程序MONITOR、交叉汇编程序、GAL逻辑的设计开发软件FM软件。三、实验任务在现有的TEC-2000教学机系统上，扩展2条CPU的机器指令，并在

2、系统监控程序中扩充相应的汇编指令，使软硬件均支持扩展的指令。四、预备知识（一）运算器介绍TEC-2000机上的运算器，可选8或16位字长，分别由2或4片4位的位片结构的器件组成，作为讲解运算器的实例和教学实验的对象，有很强的典型性。它可以脱离开TEC-2000主机，单独地进行运算器部件实验，也可在主机控制下完成运算器部件实验、其它功能部件实验或整机实验。1.Am2901位片结构是说，每个器件本身就是一个完整的运算器，只是位数较少，要组成更多位数的实用运算器要用多片共同实现，这里选用的是美国AMD公司的Am2901芯片。Am29

3、01芯片是一个4位的位片结构的运算器器件,其内部组成如图1所示。ßI3ßI4ßI5ßI6ßI7ßI0ßI8ßI1ßI2图1AM2901内部结构框图32第一个组成部分是算逻运算部件ALU，完成3种算术运算和5种逻辑运算，共计8种功能。其输出为F，两路输入为S、R，最低位进位Cn，四个状态输出信号如图所示。第二个组成部分是通用寄存器组，由16个寄存器构成，并通过B口与A口地址选择被读的寄存器，B口地址还用于指定写入寄存器。通过B口地址、A口地址读出的数据将送到B、A锁存器，要写入寄存器的数据由一个多路选择器送来。第三个组成部分是乘

4、商寄存器Q，它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出结果。一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的R、S输入端的数据来源，包括Q寄存器、A口、B口、外部输入D数据的8种不同组合。第四个组成部分是5组多路选通门,包括一组三选一门完成把ALU的输出、或左移一位、或右移一位的值送往通用寄存器组，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。一组三选一门完成Q寄存器的左移一位、或右移一位、或接收ALU输出值的功能，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。一组二选一门，选择把A口数据或ALU结果送出芯片

5、，以给出输出Y的数据，Y输出的有无还受输出使能/OE信号的控制，仅当/OE为低时才有Y输出，/OE为高，Y输出为高阻态。ALU的数据来源由I2I1I0三位选择码控制，8种功能由I5I4I3三位选择码实现，运算结果处理方式由I8I7I三位选择码控制，具体规定如表1所示。表1Am2901的9位控制码2．TEC-2000运算器组成4片Am2901之间的连接如图2所示。32图24片Am2901连接图TEC-2000的运算器具体组成：16位机，使用16位数据线，共用4片Am2901芯片实现，写16位的地址寄存器操作，16位ALU一次送1

6、6位数据。16位ALU输出经16位开关门送到16位的内部总线IB。经16位双向三态门送到外部总线。ALU接收16位开关送数据。另外有状态寄存器(FLAGGAL)、最低位进位信号、高低位移位信号线路(SHIFTGAL)。状态位CZVS和中断优先级P1、P0经开关门送到内部线IB。完整的16位运算器组成如图2-3所示，其中GAL1、GAL3的控制信号如表2所示。图316位运算器结构框图32表2GAL1状态寄存器、GAL3进位入、移位入、控制信号（二）控制器介绍TEC-2000机上的控制器，可以选用组合逻辑或微程序方案实现，非常好地

7、支持动态的指令集合，选用了美国AMD公司的Am2910芯片作为微程序的下地址形成部件，用来讲解微程序下地址逻辑和教学实验的对象，有很高实用性和典型性。组合逻辑和微程序控制器方案之间可用手拨开关完成切换。动态的指令集合，是指可以通过修改和增加微程序的内容，或变化可编程器件的内容，来改变计算机已有的指令系统，例如，增加新的指令，变更原有指令等；这对于教学与教学实验的计算机有特别重要的意义。1.微程序控制器的基本组成与实现微程序控制器是教学机的选件，在一块小印刷电路板上实现，直接插在大板左上方的72芯插槽上。其组成如图4所示。图4微

8、程序的控制器基本组成TEC-2000机上的微程序控制器部件组成：（如图5所）56位的微指令字长，微下地址字段16位，控制命令字段40位；327片28C64组成控存；1片28C64，从指令操作码映射产生微地址；1片374存8位下地址；1片273存8位条件码；1片377存8位现微