脱机运算器实验方式是指使运算器部件完全脱离与计算机主机其他部件正常的连接关 系，在完全孤立出来的运算器上进行的教学实验。此时，只能通过数据开关拨入参加运算的 数据，通过微型开关提供操作运算器运行所必需的控制信号，通过信号指示灯观察运算结果， 操作简单，实验结果清晰易理解。图1.3.2为16位运算器脱机实验的环境，在计原16系统中，运算器最低位的进位输入信号Cin和左右移位输入信号RAM0、Q0、RAM15、Q15是由MACH芯片内部的SHIFT线路提供的，图左侧的长方形部分是MACH内部的线路。16个开关拨入的数据经开关门电路送到内部总线，内部总线与运算器的输入端D15~D0已经连接。23位的微型开关的不同组合完成不同的控制，其各编码对应的控制功能给出在表1.3.1。
图1.3.2 脱机运算器实验的环境
联机实验方式是指在运算器部件与计算机主机保持正常连接关系，教学计算机可以正常 执行指令的情况下进行的以运算器为重点的教学实验。此时，可以通过指令提供参加运算的 数据，通过控制器提供操作运算器运行所必需的控制信号，通过信号指示灯或者通过运行监 控程序观察运算结果，操作略显复杂，涉及到目前尚未讲解到的如何让控制器提供运算器实 验所要求的控制信号的办法，有一定难度，当然完成实验后的收获也会更大，提前接触到控 制器部件的一些内容。
14
表1.3.1 微型开关各编码对应的控制功能表
REG 000 001 010 011 100 101 110 111 SST 000 001 010 011 100 101 110 111 0 1 RAM0 RAM15 Q0 C C CY F→B F→B F/2→B F/2→B 2F→B 2F→B Z Z F=0 I8~6 Q F→Q Q/2→Q 2Q→Q V V OVR S S FIS Y F F A F F F F F I5~3 功能 R+S S–R R–S R∨S R∧S /R∧S R⊕S /(R⊕S) R A A 0 0 0 D D D I2~0 S Q B Q B A A Q 0 SH SCI 000 001 010 Cin / Shift Cin=0 Cin=1 Cin=C 逻辑移位 循环移位 内部总线 Z Z Z Z Z V V V V V S S S S S 100 101 §1.4 TEC-XP16机内存储器部件
内存储器是计算机中存放正在运行中的程序和相关数据的部件。在教学计算机存储器部 件设计中，出于简化和容易实现的目的，选用静态存储器芯片实现内存储器的存储体，包括 唯读存储区（ROM，存放监控程序等）和随读写存储区（RAM）两部分，ROM存储区选用4片长度8位、容量8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址
15
空间分配关系是：0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作为监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量（存储器的字、位扩展）的教学实验。内存储器和串行接口线路的组成如图1.4.1所示。
图1.4.1 内存储器和串行接口电路
地址总线的低13位送到ROM芯片的地址线引脚（RAM芯片只使用地址总线的低11位），用于选择芯片内的一个存储字。用于实现存储字的高位字节的3个芯片的数据线引脚、实现低位字节的3个芯片的数据线引脚分别连接在一起接到数据总线的高、低位字节，是实现存储器数据读写的信息通路。数据总线要通过一个双向三态门电路与CPU一侧的内部总线IB相连接，已完成存储器、接口电路和CPU之间的数据通讯，如图中的虚线部分所示。
这里用到3个译码器电路，其中一片74LS138译码器芯片接收地址总线最高的3位地址信
16
息，当需要内存工作时，由这片译码器产生内存芯片的8个片选信号，以选择哪一个空间范围的内存区可以读写。另外一片74LS138译码器芯片接收地址总线低位字节的最高4位地址信息（最高一位恒定为1），当需要接口电路工作时，由这片译码器产生接口芯片的8个片选信号，以选择哪一个接口电路可以读写。一片74LS139双二-四译码器芯片接收控制器送来的3 位控制信号MIO（有无内存或者接口电路要读写）、REQ（是内存还是接口电路要读写）、WE（是读操作还是写操作），当这3位控制信号的组合为1××、000、001、010、011时，译码器将产生读内存操作、写内存操作、读接口操作、写接口操作、内存和接口芯片都无读写操作的控制信号。
在这里还要说明如下两个问题。第一，要扩展8K字的存储空间，需要使用2片（每一片有8KB容量，即芯片内由8192个单元、每个单元由8个二进制位组成）存储器芯片实现。第二，当存储器选用58C65ROM芯片时，它属于电可擦出的EPROM器件，可以通过专用的编程器软件和设备向芯片的写入相应的内容，这是正常的操作方式。也可以通过写内存的指令向芯片的指定单元写入16位的数据，只是每一次的这种写操作需要占用长得多写入时间，例如几百个微秒，可以通过运行完成等待功能的子程序来加以保证。对58C65 ROM 芯片执行读操作时，需要保证正确的片选信号（/CE）为低点平，使能控制信号（/OE）为低电平，读写命令信号（/WE）为高电平，读58C65 ROM 芯片的读出时间与读RAM 芯片的读出时间相同，无特殊要求；对58C65 ROM 芯片执行写操作时，需要保证正确的片选信号（/CE）为低电平，使能控制信号（/OE）为高电平，读写命令信号（/WE）为低电平，写58C65 ROM 芯片的维持时间要比写RAM 芯片的操作时间长得多。为了防止对58C65 ROM芯片执行误写操作，可通过把芯片的使能控制引脚（/OE）接地来保证，或者确保读写命令信号（/WE）恒为高电平。
串行接口芯片的8位数据线引脚连接到数据总线DB的低位字节，它与CPU之间每次交换8位信息，属于并行操作关系。串行接口芯片和设备之间的连接，是通过连接到设备端的另外一个串行接口芯片完成的，在两端的接口芯片之间以串行方式实现通讯，即遵从一定的通讯协议，对8位的数据采用逐位传送的方案处理，并把信号的电平从TTL电路的0~4V左右提高到正负12V或者0~12V左右，以增强信号传送过程中的抗干扰能力，图中的MAX202芯片就是采用倍压方案完成电平转换功能的，有了这个芯片就可以不再使用直流+12V和-12V两路电源了。
17
§1.5 TEC-XP16机的控制器部件
控制器部件是计算机系统传统的5大功能部件之一，其作用是依据指令内容和指令的执行步骤信号等向计算机的各个部件提供它们每一个步骤协同运行所需要的控制信号。教学计算机系统同时实现了微程序和硬连线方案的两种控制器，其总体组成如图1.5.1所示。从两种控制器的组成来看，都包括：程序计数器PC，是选用在运算器的通用寄存器组中的R5实现的，图中用虚线表示；指令寄存器IR，是选用2片8位的寄存器电路实现的，还用到一片传送IR低位字节内容到内部总线IB的开关门电路；最重要的是一片有130多个输入输出管脚、由一万个门电路组成的CPLD器件MACH芯片，其内部的线路组成和实现的功能都比较复杂，微程序控制器还包括确定微指令执行次序的一片Am2910 芯片。
图1.5.1 教学机计算机控制器的总体组成
18