SG-CPTH+ 計算機組成原理與系統(tǒng)結構實驗箱

一,、系統(tǒng)簡介

CPTH+是我公司吸收了先進的計算機組成原理實驗儀的優(yōu)點,研制開發(fā)的一款八位、十六位兼容設計的計算機組成原理和系統(tǒng)結構實驗儀,，系統(tǒng)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系列器件加多片在線可編程CPLD構建模型機部件,，大大提高了實驗系統(tǒng)可靠性和二次開發(fā)的靈活性,讓學生以可視方式觀察CPU內各部件工作過程和模型機的實現(xiàn),。擴展實驗板以十六位機模式，用12萬門EP1C6芯片構建模型機所有部件,，并配置64K×16位存儲器,，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(xiàn)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(xiàn)質的飛躍,，為FPGA設計CPU打下堅實基礎,。滿足不同層次的教學的需求。系統(tǒng)軟件提供了詳盡的信息窗口,、運行圖表和多類幫助信息,使教學的過程輕松自如,。

二、系統(tǒng)特點

（1）先進的硬件設計,，充分展示計算機結構模型,，每個模塊均有數(shù)碼管實時監(jiān)視，模塊間線條明快,，數(shù)據(jù)/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/微指令的系統(tǒng)設計,。

（4）控制器的有機結合，只需撥動選擇開關,，就可實現(xiàn)微程序或組合邏輯控制的切換,。

（5）提供多種工作方式，支持手動,、脫機,、聯(lián)機。

（6）提供三總線接口和鎖緊插座,，支持I/O擴展,。

（7）提供多種指令系統(tǒng)，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）豐富的調試手段,，具有單步,、微單步、運行,、暫停等功能,。

（10）提供聯(lián)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(tài)顯示計算機結構模型的數(shù)據(jù)/指令流向,操作歷史記錄狀態(tài)顯示,，方便用戶查找歷史記錄。

（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時序的關系,，可有效的提高教學效果,。

（12）實驗儀提供LCD液晶顯示，通過實驗儀或PC機鍵盤,在線動態(tài)修改寄存器,、程序/微程序計數(shù)器,、程序/微程序存貯器的內容。

（13）系統(tǒng)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(shù)據(jù)和地址均為十六位,，是真正的16位機,。十六位機特點：

1、AT89S52單片機,，主要用于接收PC機命令,，完成16位程序存儲器讀寫，管理模型機運行,、暫停等功能,。

2,、ISPLSI1032E是邏輯控制芯片,，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位存儲器,，是模型機的程序存儲器,，能保存大容量程序。

5,、四位8段數(shù)碼管,，用于顯示模型機內部寄存器,、總線的值，在設計時可將需要觀察的內部寄存器,、總線值送A,，再通過OUT指令送到數(shù)碼管顯示。兩只GAL16V8是四位數(shù)碼管16進制譯碼,。

6,、L7～L0是8個發(fā)光二極管,，用于顯示模型機內部狀態(tài),，例如：進位標志、零標志,、中斷申請標志等,。

7,、K0（7…0）～K4（7…0）是40個開關，用于輸入外部信號,，例如,，在做單步實驗時，這些開關可用來輸入地址總線值,、數(shù)據(jù)總線值,、控制信號等,。

8,、 EP1C6 右方的EX1座表示38 個擴展的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）系統(tǒng)可保存文件和調入文件，并提供PC機下載,。

三,、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由實驗主板,、仿真調試軟件,、內置開關電源組成,。

配有USB和串口兩種通信方式，用戶可以根據(jù)需要切換開關選擇任何一種,。

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(shù)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，微程序控制器uEM,，組合邏輯控制單元,，三總線接口，40芯鎖緊擴展座、二進制開關電平輸出/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,。

四、實驗項目

（1）寄存器讀寫實驗

（2）運算器八種運算實驗

（3）數(shù)據(jù)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）存貯器讀寫實驗

（7）微程序讀寫實驗

（8）中斷實驗

（9）模型機綜合實驗（微程控制器）

實驗1：數(shù)據(jù)傳送/輸入/輸出實驗

實驗2：數(shù)據(jù)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) 組合邏輯控制器實驗

(11) 設計指令/微指令系統(tǒng).

(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）為手動微代碼控制,，（9）…（12）為微程序或組合邏輯控制.

* 十六位機擴展部分實驗（可選配）

（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(shù)器PC 實驗

（17）中斷控制實驗

（18）十六位模型機的總體實驗