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SG-CPTH+ 计算机组成原理与系统结构实验箱

SG-CPTH+ 计算机组成原理与系统结构实验箱


一、系统简介

CPTH+是我公司吸收了国内先进的计算机组成原理实验仪的优点,研制开发的一款八位、十六位兼容设计的计算机组成原理和系统结构实验仪,系统由八位机主板和十六位机扩展实验板组成,主板以八位机模式,用TTL74系列器件加多片在线可编程CPLD构建模型机部件,大大提高了实验系统可靠性和二次开发的灵活性,让学生以可视方式观察CPU内各部件工作过程和模型机的实现。扩展实验板以十六位机模式,用12万门EP1C6芯片构建模型机所有部件,并配置64K×16位存储器,通过VHDL语言编程,可设计16位机的部件和模型机,学生将设计好的电路下载到FPGA芯片上,实现16位机的部件和模型机功能;也可完成其它设计性实验和课程设计实验。在对八位机了解的基础上,让学生对十六位计算机组成原理有更深刻的理解,实现质的飞跃,为FPGA设计CPU打下坚实基础。满足不同层次的教学的需求。系统软件提供了详尽的信息窗口、运行图表和多类帮助信息,使教学的过程轻松自如。

 

二、系统特点

1)先进的硬件设计,充分展示计算机结构模型,每个模块均有数码管实时监视,模块间线条明快,数据/指令流向一目了然。

2)完善的硬件配置,实验电路以分立器件为主,同时配备CPLD,支持部分模块的重构。

3)开放的软硬件设计,支持用户新建指令/微指令的系统设计。

4)控制器的有机结合,只需拨动选择开关,就可实现微程序或组合逻辑控制的切换。

5)提供多种工作方式,支持手动、脱机、联机。

6)提供三总线接口和锁紧插座,支持I/O扩展。

7)提供多种指令系统,支持基本模型机、指令流水线、RISC模型机实验。

8)强大的指令功能,支持多种寻址方式和中断、子程序调用等。

9)丰富的调试手段,具有单步、微单步、运行、暂停等功能。

10)提供联机调试软件,自带编译器、支持汇编语言源程序调试,图形化动态显示计算机结构模型的数据/指令流向,操作历史记录状态显示,方便用户查找历史记录。

11)提供30路逻辑分析波形图(示波器),可让学生在实验时实时地观测到指令与时序的关系,可有效的提高教学效果。

12)实验仪提供LCD液晶显示,通过实验仪或PC机键盘,在线动态修改寄存器、程序/微程序计数器、程序/微程序存贮器的内容。

13)系统可选配十六位扩展卡,可做十六位的组成原理实验。该十六位扩展卡提供示例程序。数据和地址均为十六位,是真正的16位机。十六位机特点:

1、AT89S52单片机,主要用于接收PC机命令,完成16位程序存储器读写,管理模型机运行、暂停等功能。

2、ISPLSI1032E是逻辑控制芯片,负责单片机和模型机总线切换。

3、EP1C6是模型机主控芯片,相应管脚已连好,IDC2是EP1C6芯片的下载接口,再配合FPGA实验板的PC机调试软件,可方便地进行各种实验。

4、IDT71V016是64K×16位存储器,是模型机的程序存储器,能保存大容量程序。

5、四位8段数码管,用于显示模型机内部寄存器、总线的值,在设计时可将需要观察的内部寄存器、总线值送A,再通过OUT指令送到数码管显示。两只GAL16V8是四位数码管16进制译码。

6、L7~L0是8个发光二极管,用于显示模型机内部状态,例如:进位标志、零标志、中断申请标志等。

7、K0(7…0)~K4(7…0)是40个开关,用于输入外部信号,例如,在做单步实验时,这些开关可用来输入地址总线值、数据总线值、控制信号等。

8、 EP1C6 右方的EX1座表示38 个扩展的IO 信号,当实验中需要另外的输入输出脚时可以使用这些扩展脚。

9、提供FPGA实验板和PC机调试软件。

14)系统可保存文件和调入文件,并提供PC机下载。


三、系统组成

系统由实验主板、仿真调试软件、内置开关电源组成。

配有USB和串口两种通信方式,用户可以根据需要切换开关选择任何一种。

实验主板有:累加器A,暂存器W,运算器ALU,直通D/左移L/右移R单元,寄存器组R0—R3,中断向量IA,堆栈ST,程序计数器PC,地址寄存器MAR,输入IN,输出OUT,存贮器EM,微地址UPC,指令寄存器IR,微程序控制器uEM,组合逻辑控制单元,三总线接口,40芯锁紧扩展座、二进制开关电平输出/显示,逻辑笔、管理单片机89S52、4×6键盘,字符式LCD,RS232/USB通讯接口,十六位机扩展接口, 通信选择开关。


四、实验项目

1)寄存器读写实验

2)运算器八种运算实验

3)数据输出/移位实验

4)UPC实验

实验1:UPC加1实验

实验2:UPC打入实验

5)PC实验

实验1:PC加1实验

实验2:PC打入实验

6)存贮器读写实验

7)微程序读写实验

8)中断实验

9)模型机综合实验(微程控制器)

实验1:数据传送/输入/输出实验

实验2:数据运算实验(加/减法/或)

实验3:移位/取反实验

实验 4:转移实验

实验 5:调用实验

实验 6:中断实验

实验 7:指令流水实验

实验 8:RISC模型机

(10) 组合逻辑控制器实验

(11) 设计指令/微指令系统.

(12) 扩展实验

实验1:8255扩展I/O口实验

实验 2:8253扩展定时器实验

注:实验(1)…(8)为手动微代码控制,(9)…(12)为微程序或组合逻辑控制.

* 十六位机扩展部分实验(可选配)

13)十六位ALU 实验

14)十六位寄存器实验

15)十六位寄存器组实验

16)十六位指令计数器PC 实验

17)中断控制实验

18)十六位模型机的总体实验


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