16位計算機組成原理實(shí)驗系統庫號M67728 16位計算機組成原理實(shí)驗系統庫號M67728 

結構特點(diǎn)
本系統由鋁木合金箱體、性能穩壓電源、系統控制部件、開(kāi)放式實(shí)驗電路區等組成。實(shí)驗用信號線(xiàn)的連接采用排線(xiàn)，操作方便?；A實(shí)驗基于中小規模集成電路，綜合性實(shí)驗基于在系統可編程器件，資源向學(xué)生開(kāi)放，可以完成“計算機組成原理"、“計算機結構與邏輯設計"、“在系統編程"、“VHDL設計"、“電子系統綜合設計"等課程的實(shí)驗，并可以進(jìn)行“集成電路設計"的驗證實(shí)驗。本實(shí)驗箱適用于本院校計算機和其它相關(guān)的相關(guān)課程的實(shí)驗。
二、技術(shù)性能
1、硬件系統采用性能單片機和LATTICE公司CPLD器件的有-機結合,使系統的硬件控制電路。
2、提供手動(dòng)、自-動(dòng)和聯(lián)機三種工作方式，滿(mǎn)足不同層次實(shí)驗的監視需要。
3、具有系統檢測電路和系統保護電路設計,使實(shí)驗系統易于維護和使用。
4、系統自備雙通道邏輯示波器，便于實(shí)驗過(guò)程中時(shí)序信號的測量。
5、采用后置式USB接口，與PC機聯(lián)機實(shí)驗時(shí)可以通過(guò)集成調試軟件編輯、編譯、裝載、單步運行、斷點(diǎn)運行、運行用戶(hù)程序，獲得實(shí)驗平臺中的信息，也可以通地用戶(hù)的操作改變實(shí)驗平臺中的信息。
6、實(shí)驗系統采用總線(xiàn)結構，使實(shí)驗計算機具有結構擴展方便，實(shí)驗時(shí)只要少些接線(xiàn)即可。
7、本機配備的動(dòng)態(tài)集成調試運行軟件以圖形化的界面顯示模型機內部數據的流向和各種控制信號的狀態(tài)以及時(shí)序關(guān)系。
8、實(shí)驗箱在模型機工作狀態(tài)時(shí)，微指令的容納率制，一條機器指令的微程序不應局限在固定數量的微指令中?？稍试S使用者設計256條機器指令。
8、配置LCD1602液晶顯示器和鍵盤(pán)為無(wú)PC機的客戶(hù)提供人機接口，在單機狀態(tài)下可以完成大部分的計算機組成原理實(shí)驗。
9、擴展FPGA實(shí)驗模塊，實(shí)現復雜模型機的設計實(shí)驗。包含硬布線(xiàn)控制器，可使用Verilog和VHDL對模型機微控制進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
10、零連線(xiàn)設計，在做單元實(shí)驗、模型機實(shí)驗時(shí)無(wú)需連接任何電路，同時(shí)兼容傳統的手工連線(xiàn)方式

三、硬件技術(shù)指標
1、實(shí)驗電路工作電源：+5V/2A、±12V/0.5--A，每路均帶有短路保護和自-動(dòng)關(guān)斷功能，每路帶電源指示。其中+5V電源設計有過(guò)壓、過(guò)流、欠壓保護功能，待電路中故障排除后，自-動(dòng)恢復供電
2、實(shí)驗系統的字長(cháng)標配8位。用FPGA設計-時(shí)4位/8位/16位/32位兼容設計，有16位數據總線(xiàn)、16位地址總線(xiàn)、16位運算器、16位寄存器，支持字／字節操作。
3、實(shí)驗系統的基本指令系統類(lèi)PC 機，有多種指令格式，多種尋址方式。
4、主存儲器采用8K字節靜態(tài)存儲器6264，用于存放用戶(hù)程序和數據。
5、配運算器模塊，由4片4位的算術(shù)邏輯單元功能發(fā)生器級聯(lián)而成。每片內實(shí)現16種二進(jìn)制算術(shù)運算及16種邏輯運算，可進(jìn)行8位、16位運算器實(shí)驗。
6、控制器采用微程序方案實(shí)現，控存字長(cháng)為24位，可用容量為1024字節，且用電可擦寫(xiě)的E2ROM存儲器芯片組成，支持動(dòng)態(tài)微程序設計。
7、實(shí)驗系統工作頻率源由555時(shí)基電路和74LS123可再觸發(fā)單穩態(tài)多諧振蕩器組成產(chǎn)生，頻率范圍為330HZ～580HZ?？梢酝瑫r(shí)產(chǎn)生四種不同時(shí)序的時(shí)鐘信號。
8、實(shí)驗系統配有微程序手動(dòng)輸入并顯示模塊，裝有24個(gè)微程序輸入開(kāi)關(guān)，用于輸入微程序。
9、配有手動(dòng)16位數據輸入模塊和16位數據輸出（數據顯示)模塊。
10、配8個(gè)控制開(kāi)關(guān)，2個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于手動(dòng)控制整機的運行和切換運行方式等。
11、配2位七段數碼管以顯示程序運行的結果。另配置6個(gè)數碼管，用于交通燈顯示。
12、配微地址發(fā)生器模塊和微地址顯示模塊、微地址控制模塊。
13、配數據總線(xiàn)顯示模塊，用于顯示數據總線(xiàn)上的動(dòng)態(tài)數據。
14、配總線(xiàn)地址顯示模塊，用于顯示地址總線(xiàn)上的動(dòng)態(tài)地址。
15、配有一個(gè)雙向通用移位寄存器，以實(shí)現邏輯移位功能。
16、具有進(jìn)位控制邏輯。
17、配有指令寄存器和地址寄存器。
18、主機上設計有后臺管理CPU，用于聯(lián)機時(shí)數據和命令的傳送控制。
19、配有并行I/O接口電路8255，實(shí)現帶輸入輸出接口的模型機的設計。
20、配有定時(shí)/計數器接口電路8253。實(shí)現帶定時(shí)/計數器功能的模型機的設計。
21、配有中斷控制器8259。實(shí)現帶中斷功能的模型機的設計。
22、配有雙端口存儲器IDT7132。
23、模數A/D和數模D/A轉換電路，實(shí)現數模和模數的轉換。
24、配置ALTERA EPM240模塊，實(shí)現具備多功能復雜模型機的設計實(shí)驗。
25、配置LCD1602液晶顯示器，用于顯示實(shí)驗過(guò)程中各各部件單元的即時(shí)數據，同時(shí)配置6個(gè)鍵盤(pán)，為無(wú)電腦的情況下提供人機接口，在單機狀態(tài)下可以完成大部分的計算機組成原理實(shí)驗。
26、自設計計算機原理和結構實(shí)驗單元
1）承載片上調試器以及實(shí)驗電路，連接計算機和基礎實(shí)驗主板。
2）基于FPGA設計技術(shù)，由Altera Cyclone IV EP4CE6E、嵌入式STM32和時(shí)鐘電路、USB通信電路等組成。



四、軟件技術(shù)指標
1、支持Win XP／Vista／Win7／Win8／Win10操作系統，兼容32/64位。
2、USB通信，即插即用。
3、軟件具有通用匯編器，允許用戶(hù)自定義指令系統助記符，可對編輯窗口的源程序匯編生成可執行機器碼，須同時(shí)支持源程序調試和反匯編調試。
4、支持單元部件的聯(lián)機實(shí)驗，軟件應實(shí)時(shí)顯示當前微控制撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，并能跟蹤數據流向，單元部件實(shí)驗的微操作既可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)輸入，也可在界面上點(diǎn)擊輸入。
5、用戶(hù)可在調試過(guò)程中即時(shí)觀(guān)察“模型機結構圖"窗口中的數據變化，以及總線(xiàn)、寄存器的數據，可以直觀(guān)地看到各種信號彼此之間的先后時(shí)序關(guān)系。
6、具有整機硬件檢測功能，在聯(lián)機狀態(tài)下，能對實(shí)驗箱整機進(jìn)行各部件功能檢測，幫助老師查找出有故障的部件。
7、可以支持實(shí)驗平臺內部狀態(tài)的修改與獲取。
8、支持單節拍、單周期、單步跟蹤、單步調用、斷點(diǎn)和運行的調試功能。
9、微程序調試的數據流向示意圖是由軟件自-動(dòng)分析生成。
10、源程序編輯窗口須支持語(yǔ)法高亮顯示。
11）支持32路邏輯分析功能，幫助用戶(hù)理解各控制信號、數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)及其時(shí)序關(guān)系。
12）支持脫離硬件的純軟件仿真運行：
12.1）支持單元部件的手動(dòng)仿真實(shí)驗；
12.2）支持模型機整機的微程序仿真實(shí)驗；
12.3）支持仿真運行狀態(tài)下的通用匯編器；
12.4）支持仿真運行狀態(tài)下的自定義指令集設計和微程序編寫(xiě)；
12.5）支持仿真運行狀態(tài)下的寄存器、存儲器的在線(xiàn)修改；
12.6）支持仿真運行狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)數據流向顯示；
12.7）支持仿真運行狀態(tài)下的32路邏輯分析功能；
12.8）適合學(xué)有余力的學(xué)生在離開(kāi)實(shí)驗室之后繼續進(jìn)行計算機組成原理、計算機結構的實(shí)驗；也適用于實(shí)驗課時(shí)緊張、實(shí)驗設備有限的情況下，有助于教師靈活安排時(shí)間，學(xué)生可在PC上隨-時(shí)進(jìn)行實(shí)驗。
13）另配置自設計的實(shí)驗軟件提供操作實(shí)驗電路的虛擬界面。
13.1）學(xué)生所有的操作都是在計算機的虛擬界面上完成，甚至不需要實(shí)驗板具有實(shí)際的開(kāi)關(guān)按鍵、指示燈數碼管等元件，從而降低了實(shí)驗板的故障率和日常維護成本。具有真實(shí)感的虛擬實(shí)驗平臺，并且基于原理圖的虛擬實(shí)驗平臺，使學(xué)生將注意力集中在實(shí)驗原理上，無(wú)需將精力消耗在開(kāi)關(guān)等元件與原理的對應上。
13.2）實(shí)驗過(guò)程可視化：在虛擬實(shí)驗平臺上操作，以信息流方式顯示CPU的指令執行過(guò)程。
13.3支持用戶(hù)自定義實(shí)驗內容、自定義虛擬實(shí)驗平臺、自定義CPU數據通路。系統提供虛擬實(shí)驗平臺設計工具，用戶(hù)可為自己的實(shí)驗定制虛擬實(shí)驗界面。
13.4模型機實(shí)驗時(shí)，以彩色流程方式可動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗CPU的運行狀態(tài)。CPU內部狀態(tài)通過(guò)調試電路傳遞到用戶(hù)界面，以數據記錄和圖形化兩種形式顯示。亮顯示當前的控制信號、變化的數值以及信息流動(dòng)，方便學(xué)生調試設計，加深對指令執行過(guò)程的理解。也可用于教學(xué)演示。
五、實(shí)驗項目（提供源程序）
1、單元手動(dòng)實(shí)驗
1）8位算術(shù)邏輯運算實(shí)驗
2）帶進(jìn)位控制8位算術(shù)邏輯運算實(shí)驗
3）16位機運算器實(shí)驗（算術(shù)運算、邏輯運算、移位運算、進(jìn)位控制與零標志）
4）存儲器實(shí)驗
5）微控制器實(shí)驗
2、綜合實(shí)驗
6）基本模型機的設計與實(shí)現含（通用寄存器實(shí)驗，地址總線(xiàn)組成實(shí)驗）
7) 帶移位運算的模型機的設計與實(shí)現
8) 復雜模型機的設計與實(shí)現
9)大規模集成電路應用實(shí)驗__可重構原理計算機組成設計實(shí)驗
10)大規模集成電路應用實(shí)驗二__擴展準雙向I/O口實(shí)驗
11)大規模集成電路應用實(shí)驗三__基于RISC處理器構成的實(shí)驗計算機的設計與實(shí)現
3、設計性實(shí)驗
12）數據通路實(shí)驗
13) 中斷控制器實(shí)驗
14）乘法器設計實(shí)驗
15）硬布線(xiàn)控制器實(shí)驗
16）擴展8259中斷控制器實(shí)驗
17）基于流水技術(shù)構成模型計算機的實(shí)驗
18）密碼器設計
19）4位算術(shù)邏輯單元設計
20）16位微控制器實(shí)驗
21）32位數據通路設計
22)32位硬布線(xiàn)控制器設計
六、實(shí)驗箱配置表
序號 名稱(chēng) 說(shuō)明 數量
1 VV511-M67728實(shí)驗主機箱 含詳細技術(shù)指標里軟硬件 1臺
2 杜邦8芯排線(xiàn) 40cm 5根
3 杜邦5芯排線(xiàn) 40cm 2根
4 杜邦4芯排線(xiàn) 40cm 2根
5 交流電源線(xiàn)1根 長(cháng)1.5米 1根
6 軟件光盤(pán) 聯(lián)機調試軟件和實(shí)驗例程 1套
7 實(shí)驗指導書(shū) 1套