TEC-2 计算机组成原理实验系统
TEC-2计算机组成原理实验系统是清华大学计算机系系统与结构教研组专门为《计算机组成原理》 课程的教学实验而研制的。该系统的硬件(包括 CPU 本身)和软件完整,配备合理,完全自行设计,图纸和文字资料齐全,满足了计算机组成原理课的全部 实 验要求,填补了国内计算机原理课程教学高档次实验设备的空白,为教学改革提供了良好的基础。被国 家科技部发展司列为 1998 年国家重点新产品(项目编号 98G041D6000026 ),在世行贷款项目中多次中标,本实验系统通过了国家教委主持的鉴定,并获得国家教委科技进步三 等 奖。
TEC-2机的主体,包括计算机的运算器、控制器、存储器三个功能部件 。配备了两个串行接口电路,可以接终端、 PC 机或另一台 TEC-2机,装置上还设置了 20 余个钮子开关、两个十二位的微型开关、多个按键和 16 个发光二极管,用于手动方式的实验。此外,还配有多种实验接口板、内存扩展板、多级中断接口板、 并行输入,打印机驱动接口板以及小键盘、实时钟接口板用 50 芯扁平电缆与接口机进行联机,学生可以在接口板上搭接线路,完成硬软件的调试实验。
技术指示
1. TEC-2机的字长为 16 位,即运算器、主存与数据、地址总线均为 16 位。
2. 指令系统最多支持 64 条指令,多种指令格式,多种寻址方式。其中 53 条指令已实现,尚留 11 条供实验者进行新机器指令设计。
3. 主存支持 64K 字,通常用字寻址方式,现安装了 4K 的 ROM ,存放监控程序, 2K 的 RAM ,存放用户程序及数据。
4. 运算器由四片的位片器件 AM2901 构成,每片内有 4 位的 ALU 和 16 个双端口读出、单端口控制写入的寄存器组,并配有快速进位器件一片,可以进行动态波形测试。
5. 控制器采用微程序方案实现,控存由字长 56 位、容量为 2K 字的 RAM 组成,能实现动态微程序设计,由初始微码装入逻辑电路。
6. 实验系统主体部分做在两块垂直插接在一起的印制电路板上,便于观察与实验。
7.做实验可接入智能终端或PC机,这种方式快速直观。若以不接入终端的方式进行实验,可借助开关、 按键及指示灯完成。
实验项目
1. 运算器部件和控制器部件实验
由于该实验系统的 CPU 是自行设计与实现的,所以实验人员就能方便地做运算器与控制器部件的实验。可以静态地测试运算器 部件的各项功能,可以动态的查看与测试串行进位与并行进位的波形和进位延迟时间。可以做微程序方 案的控制器的实验,包括查看已实现的 TEC-2的机器指令的执行过程和控制器内部的控制信号,可自己选定多条指令的格式和功能,并用自己 设 计的微程序控制这些指令的执行过程。若要增加学习难度,也可以重新确定一套全新的指令系统,并用 自己设计的微程序实现这些指令。
2. 主存储器部件实验
重点是学习主存的实现技术,包括观察与测试 ROM 与 RAM 的各有关信号的时序关系,通过内存接口扩展板做主存容量扩展的实验等。
3. 入 / 出接口实验
在 TEC-2机上做串行接口的实验,能用其连接终端、串行口打印机或另一台计算机。还可以在扩展板上搭 接 并行口小键盘和实时钟接口等逻辑电路,并与TEC-2机连通完成上述多种接口电路的实验。
4. 中断实验
TEC-2与中断接口板联机可进行 8 级嵌套的中断实验,指令系统中有开中断、关中断指令,允许实验者自己设计中断逻辑电路与中断驱动 程序。
5. 整机调试实验
整机调试实验是十分重要的一项实验,它的实用价值很高,是最接近将来实际工作和综合应用所学的计 算机组成原理全面知识的实验。
TEC-2机能最大限度地支持整机调试实验,能在装置上设置多种故障(如断路、短路、换上有故障的器件 ,设置硬件逻辑错误等),让同学排除故障,培养学生的动手动脑能力。
6. 双机运行或用 TEC-2机查看另一台 TEC-2机硬件故障的实验
这个实验难度较大,允许同学开创性地进行实验研究。
除上述七项硬件实验功能之外, TEC-2机还能用于学习故障诊断程序、计算机的监控程序设计 。这是最接近计算机硬件的软件设计,也是从硬、软件结合的角度认识计算机系统的良好途径。通过本 系统的实验,将把计算机原理课的教学和实验两个教学环节紧密地衔接起来,用少量的学时取得良好的 教学效果。本实验系统也是计算机专业年轻教师的良师益友。
上述实验中的 存贮器扩展实验、中断实验、并行口实验 需要在扩展实验板上完成。
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