八位十六位計算機組成原理與係統結構實驗儀

一、係統簡介

    CRG-CPTH+八位十六位計算機組成原理與(yu) 係統結構實驗儀(yi)  是我公司吸收了國內(nei) 的計算機組成原理實驗儀(yi) 的優(you) 點,研製開發的一款八位、十六位兼容設計的計算機組成原理和係統結構實驗儀(yi) ，係統由八位機主板和十六位機擴展實驗板組成，主板以八位機模式，用TTL74係列器件加多片在線可編程CPLD構建模型機部件，大大提高了實驗係統可靠性和二次開發的靈活性,讓學生以可視方式觀察CPU內(nei) 各部件工作過程和模型機的實現。擴展實驗板以十六位機模式，用12萬(wan) 門EP1C6芯片構建模型機所有部件，並配置64K×16位存儲(chu) 器，通過VHDL語言編程，可設計16位機的部件和模型機，學生將設計好的電路下載到FPGA芯片上，實現16位機的部件和模型機功能；也可完成其它設計性實驗和課程設計實驗。在對八位機了解的基礎上，讓學生對十六位計算機組成原理有更深刻的理解，實現質的飛躍，為(wei) FPGA設計CPU打下堅實基礎。滿足不同層次的教學的需求。係統軟件提供了詳盡的信息窗口、運行圖表和多類幫助信息,使教學的過程輕鬆自如。

二、係統特點

（1）*的硬件設計，充分展示計算機結構模型，每個(ge) 模塊均有數碼管實時監視，模塊間線條明快，數據/指令流向一目了然。

（2）完善的硬件配置，實驗電路以分立器件為(wei) 主，同時配備CPLD，支持部分模塊的重構。

（3）開放的軟硬件設計，支持用戶新建指令/微指令的係統設計。

（4）控製器的有機結合，隻需撥動選擇開關(guan) ，就可實現微程序或組合邏輯控製的切換。

（5）提供多種工作方式，支持手動、脫機、聯機。

（6）提供三總線接口和鎖緊插座，支持I/O擴展。

（7）提供多種指令係統，支持基本模型機、指令流水線、RISC模型機實驗。

（8）強大的指令功能，支持多種尋址方式和中斷、子程序調用等。

（9）豐(feng) 富的調試手段，具有單步、微單步、運行、暫停等功能。

（10）提供聯機調試軟件，自帶編譯器、支持匯編語言源程序調試，圖形化動態顯示計算機結構模型的數據/指令流向,操作曆史記錄狀態顯示，方便用戶查找曆史記錄。

（11）提供30路邏輯分析波形圖（示波器）,可讓學生在實驗時實時地觀測到指令與(yu) 時序的關(guan) 係，可有效的提高教學效果。

（12）實驗儀(yi) 提供LCD液晶顯示，通過實驗儀(yi) 或PC機鍵盤,在線動態修改寄存器、程序/微程序計數器、程序/微程序存貯器的內(nei) 容。

（13）係統可選配十六位擴展卡，可做十六位的組成原理實驗。該十六位擴展卡提供示例程序。數據和地址均為(wei) 十六位，是真正的16位機。十六位機特點：

1、AT89S52單片機，主要用於(yu) 接收PC機命令，完成16位程序存儲(chu) 器讀寫(xie) ，管理模型機運行、暫停等功能。

    2、ISPLSI1032E是邏輯控製芯片，負責單片機和模型機總線切換。

3、EP1C6是模型機主控芯片，相應管腳已連好，IDC2是EP1C6芯片的下載接口，再配合FPGA實驗板的PC機調試軟件，可方便地進行各種實驗。

    4、IDT71V016是64K×16位存儲(chu) 器，是模型機的程序存儲(chu) 器，能保存大容量程序。

    5、四位8段數碼管，用於(yu) 顯示模型機內(nei) 部寄存器、總線的值，在設計時可將需要觀察的內(nei) 部寄存器、總線值送A，再通過OUT指令送到數碼管顯示。兩(liang) 隻GAL16V8是四位數碼管16進製譯碼。

    6、L7～L0是8個(ge) 發光二極管，用於(yu) 顯示模型機內(nei) 部狀態，例如：進位標誌、零標誌、中斷申請標誌等。

    7、K0（7…0）～K4（7…0）是40個(ge) 開關(guan) ，用於(yu) 輸入外部信號，例如，在做單步實驗時，這些開關(guan) 可用來輸入地址總線值、數據總線值、控製信號等。

    8、 EP1C6 右方的EX1座表示38 個(ge) 擴展的IO 信號,當實驗中需要另外的輸入輸出腳時可以使用這些擴展腳。

9、提供FPGA實驗板和PC機調試軟件。

（14）係統可保存文件和調入文件，並提供PC機下載。

三、係統組成

CRG-CPTH+八位十六位計算機組成原理與(yu) 係統結構實驗儀(yi) 由實驗主板、仿真調試軟件、內(nei) 置開關(guan) 電源組成。

配有USB和串口兩(liang) 種通信方式，用戶可以根據需要切換開關(guan) 選擇任何一種。

實驗主板有：累加器A，暫存器W，運算器ALU，直通D/左移L/右移R單元，寄存器組R0—R3，中斷向量IA，堆棧ST，程序計數器PC，地址寄存器MAR，輸入IN，輸出OUT，存貯器EM，微地址UPC，指令寄存器IR，微程序控製器uEM，組合邏輯控製單元，三總線接口，40芯鎖緊擴展座、二進製開關(guan) 電平輸出/顯示，邏輯筆、管理單片機89S52、4×6鍵盤，字符式LCD，RS232/USB通訊接口，十六位機擴展接口， 通信選擇開關(guan) 。

四、實驗項目

（1）寄存器讀寫(xie) 實驗

（2）運算器八種運算實驗

（3）數據輸出/移位實驗

（4）UPC實驗

實驗1：UPC加1實驗

實驗2：UPC打入實驗

（5）PC實驗

實驗1：PC加1實驗

實驗2：PC打入實驗

（6）存貯器讀寫(xie) 實驗

（7）微程序讀寫(xie) 實驗

（8）中斷實驗

（9）模型機綜合實驗（微程控製器）

實驗1：數據傳(chuan) 送/輸入/輸出實驗

實驗2：數據運算實驗（加/減法/或）

實驗3：移位/取反實驗

實驗 4：轉移實驗

實驗 5：調用實驗

實驗 6：中斷實驗

實驗 7：指令流水實驗

實驗 8：RISC模型機

(10) 組合邏輯控製器實驗

(11) 設計指令/微指令係統.

(12) 擴展實驗

實驗1：8255擴展I/O口實驗

實驗 2：8253擴展定時器實驗

注：實驗（1）…（8）為(wei) 手動微代碼控製，（9）…（12）為(wei) 微程序或組合邏輯控製.

* 十六位機擴展部分實驗

（13）十六位ALU 實驗

（14）十六位寄存器實驗

（15）十六位寄存器組實驗

（16）十六位指令計數器PC 實驗

（17）中斷控製實驗

（18）十六位模型機的總體(ti) 實驗