计算机组成原理 实验指导
河南大学计算机与信息工程学院
2011年
TEC-XP实验设备概述
TEC-XP实验设备是由清华大学科教仪器厂和清华大学计算机系联合研制，并通过教育部鉴定的实验系统。TEC-XP是在原有TEC系列教学计算机系统的基础上，重新设计的新一代产品，进一步增加了用单片FPGA门阵列器件实现的CPU系统。该实验系统重点用于计算机组成原理、计算机系统结构等课程的硬件教学实验，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。
TEC-XP教学机的外观如图1所示。
图1 TEC-XP教学机的外观
TEC-XP教学机的系统结构如图2所示。
/GAR地址寄存器电平转换Y地CZVS址译码 2路串行接口器运算器部件总线DA口 B口I8~I0SSH SCI SST数据内部总线双线选通门/SWTOIB/YTOIB/IRLTOIB/FTOIB控制信号总线数据总线FFPGPGAA芯片实现的CPUPU系统控制总线/MIO REQ /WEDC2译/GAR码器/GIR译码器DC1译码器 内存体控制器部件地址总线
图2 TEC-XP教学机的系统结构图
TEC-XP教学机的主要技术指标
TEC-XP教学机的机器字长16位，即运算器、主存、数据总线、地址总线都是16位。 （1）TEC-XP的内存地址分配如图3所示。其中0000H~1FFFH的8K空间是由ROM构成的，存放洗的监控程序，2000H~27FFH的2K空间是由RAM构成的工作区。该教学机还可以进一步完成存储器扩展的教学实验，扩展地址从4000H开始。
图3 TEX-XP教学机的内存分配
（2）运算器由4片位片结构器件级联而成，片间用串行进位方式传递进位信号。ALU实现8种算术与逻辑运算功能，内部包括16个双端口读出、单端口写入的通用寄存器，和一个能自行移位的乘商寄存器。设置C（进位标志位）、Z（零标志位）、V（溢出标志位）、S（符号标志位）四个状态标志位。
（3）控制器采用微程序和硬布线两种控制方案实现，可由实验者自由选择。
TEC-XP教学机的面板结构
TEC-XP教学机的面板结构如图4所示，控制部件主要由运算部件ALU、控制部件——组合逻辑控制器和微程序处理器、存储部件——ROM和RAM、控制存储器等芯片构成。
用户输入部分在面板的最下方，自左向右分别是工作模式选择开关、运算器控制信号输入开关、数据输入开关三个部分。系统中的输出结果可由面板上的发光二极管状态得到。
图4 TEX-XP教学机的面板
TEC-XP教学机的脱机和联机工作方式
TEC-XP教学机可以采用脱机和联机两种工作方式。 脱机工作方式是指所有操作在TEC-XP教学机上完成，通过控制按钮、数据开关等硬件的设置来控制TEC-XP教学机的工作，执行结果在发光二极管上查看。这种方式适合于需要做硬件级别实验时使用。
联机工作方式是指，TEC-XP教学机通过串口与PC连接，由PC运行仿真终端软件PCEC（路径一般为：D:\\大板可编程器件内容\\Pcec16.com），在监控状态下对TEC-XP教学机的工作进行操作控制。这种方式适合于需要大量数据输入和输出的实验中使用。
图5 TEC-XP教学机的串口
工作模式选择开关
在每次使用TEC-XP教学机进行实验之前，都应先选择当前教学机应工作的状态，这由面板左下方的5个黑色控制开关的状态决定，工作模式的选择如表1所示。其中“1”表示开关上拨，“0”表示开关下拨，“X”表示该开关无用。
表1 工作模式选择开关状态
开关状态 00110 00010 11110 11010 1XX00
工作模式 连续运行程序、采用组合逻辑控制器、联机、16位机 连续运行程序、采用微程序控制器、联机、16位机 单步运行程序、手动设置指令、采用组合逻辑控制器、联机、16位机 单步运行程序、手动设置指令、采用微程序控制器、联机、16位机 16位机、脱机运算器实验 TEC-XP教学机串口的状态寄存器
TEC-XP教学机是通过串口（可编程串行接口8251A）与PC连接的，在联机操作中，PC机对教学机的访问是通过对其数据端口和控制状态端口来完成的。TEC-XP教学机的COM1口（左侧）的数据端口地址为80H，控制与状态口地址为81H；COM2（右侧）的数据端口地址为82H，控制与状态口地址为83H。
TEC-XP教学机与PC机的联机操作方法
1、将TEC-XP教学机放在实验台上，连接好电源线，关上实验箱侧边的电源开关。 2、使用串行通信线连接TEC-XP教学机与PC机的串口。（该串口连接已由实验室老师完成）
3、将TEC-XP教学机的工作模式选择开关设置为00110。
4、打开TEC-XP教学机的电源开关，检查面板上的发光二极管状态是否正常。 5、打开PC机，在D:\\大板可编程器件内容\\Pcec16.com路径下找到PCEC16.EXE文件，并运行；
注意：监控程序运行时需要选择连接串口，此时应选的是当前所连PC机的串口，而不是TEC-XP教学机的串口。
实验时可尝试选择串口1或串口2，其他设置一般不用改动，直接回车即可。
6、按下TEC-XP教学机的面板左下角的RESET和START按键，当主机上显示如下内容时，表示已进入TEC-XP教学机的的监控程序，可以开始联机实验。
TEC-XP CRT MONITOR Version 1.0 April 2001 Computer Architecture Lab. ,Tsinghua Uniersity Programmed by He Jia > 注意：提示符“>”是TEC-XP教学机监控程序的提示符。
TEC-XP教学机的监控命令
当TEC-XP教学机在联机工作方式下时，应使用PC来控制教学机的工作。在PC机的监控状态下，监控命令与DOS系统的DEBUG命令相似，具体命令格式及含义如表2所示。
表2 教学机的监控命令格式及含义
命令名称 汇编命令 反汇编命令 执行程序命令 命令格式 功能 A[adr] U[adr] G[adr] 输入单条指令，并将汇编之后的机器代码存入相应的内存单元中。有错误提示，但功能并不完善 从指定或默认地址开始反汇编15条指令，并将结果显示处理 从指定或默认地址开始连续运行一个用户程序 从命令指定或PC指定地址开始单条执行指令 当R命令不带参数时只是显示所有寄存器的内容；当R命令带参数时显示指定寄存器的内容，并可修改其值 从指定或默认地址开始显示内存128个存储字的内容 从指定或默认地址开始逐字显示每个内存字的内容并等待用户键入一个新值存回该单元，用空格切换各个单元，用回车结束E命令的执行。 单条指令执T[adr] 行命令 P[adr] 显示/修改寄存器内容命R[reg] 令 显示存储器内容命令 D[adr] 修改存储器E[adr] 内容命令 其中，adr表示直接地址，reg表示寄存器，均是可选项。 注意：以上监控命令与8086汇编系统中的DEBUG命令名相同，但命令格式不同，请注意使用时区分清楚。