16位計算機組成原理實驗系統(tǒng)庫號M67728 16位計算機組成原理實驗系統(tǒng)庫號M67728 

結構特點
本系統(tǒng)由鋁木合金箱體、性能穩(wěn)壓電源、系統(tǒng)控制部件、開放式實驗電路區(qū)等組成。實驗用信號線的連接采用排線，操作方便。基礎實驗基于中小規(guī)模集成電路，綜合性實驗基于在系統(tǒng)可編程器件，資源向學生開放，可以完成“計算機組成原理"、“計算機結構與邏輯設計"、“在系統(tǒng)編程"、“VHDL設計"、“電子系統(tǒng)綜合設計"等課程的實驗，并可以進行“集成電路設計"的驗證實驗。本實驗箱適用于本院校計算機和其它相關的相關課程的實驗。
二、技術性能
1、硬件系統(tǒng)采用性能單片機和LATTICE公司CPLD器件的有-機結合,使系統(tǒng)的硬件控制電路。
2、提供手動、自-動和聯機三種工作方式，滿足不同層次實驗的監(jiān)視需要。
3、具有系統(tǒng)檢測電路和系統(tǒng)保護電路設計,使實驗系統(tǒng)易于維護和使用。
4、系統(tǒng)自備雙通道邏輯示波器，便于實驗過程中時序信號的測量。
5、采用后置式USB接口，與PC機聯機實驗時可以通過集成調試軟件編輯、編譯、裝載、單步運行、斷點運行、運行用戶程序，獲得實驗平臺中的信息，也可以通地用戶的操作改變實驗平臺中的信息。
6、實驗系統(tǒng)采用總線結構，使實驗計算機具有結構擴展方便，實驗時只要少些接線即可。
7、本機配備的動態(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)以及時序關系。
8、實驗箱在模型機工作狀態(tài)時，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。可允許使用者設計256條機器指令。
8、配置LCD1602液晶顯示器和鍵盤為無PC機的客戶提供人機接口，在單機狀態(tài)下可以完成大部分的計算機組成原理實驗。
9、擴展FPGA實驗模塊，實現復雜模型機的設計實驗。包含硬布線控制器，可使用Verilog和VHDL對模型機微控制進行二次開發(fā)。
10、零連線設計，在做單元實驗、模型機實驗時無需連接任何電路，同時兼容傳統(tǒng)的手工連線方式

三、硬件技術指標
1、實驗電路工作電源：+5V/2A、±12V/0.5--A，每路均帶有短路保護和自-動關斷功能，每路帶電源指示。其中+5V電源設計有過壓、過流、欠壓保護功能，待電路中故障排除后，自-動恢復供電
2、實驗系統(tǒng)的字長標配8位。用FPGA設計-時4位/8位/16位/32位兼容設計，有16位數據總線、16位地址總線、16位運算器、16位寄存器，支持字／字節(jié)操作。
3、實驗系統(tǒng)的基本指令系統(tǒng)類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(jié)靜態(tài)存儲器6264，用于存放用戶程序和數據。
5、配運算器模塊，由4片4位的算術邏輯單元功能發(fā)生器級聯而成。每片內實現16種二進制算術運算及16種邏輯運算，可進行8位、16位運算器實驗。
6、控制器采用微程序方案實現，控存字長為24位，可用容量為1024字節(jié)，且用電可擦寫的E2ROM存儲器芯片組成，支持動態(tài)微程序設計。
7、實驗系統(tǒng)工作頻率源由555時基電路和74LS123可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器組成產生，頻率范圍為330HZ～580HZ。可以同時產生四種不同時序的時鐘信號。
8、實驗系統(tǒng)配有微程序手動輸入并顯示模塊，裝有24個微程序輸入開關，用于輸入微程序。
9、配有手動16位數據輸入模塊和16位數據輸出（數據顯示)模塊。
10、配8個控制開關，2個微動開關，用于手動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、配數據總線顯示模塊，用于顯示數據總線上的動態(tài)數據。
14、配總線地址顯示模塊，用于顯示地址總線上的動態(tài)地址。
15、配有一個雙向通用移位寄存器，以實現邏輯移位功能。
16、具有進位控制邏輯。
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，用于聯機時數據和命令的傳送控制。
19、配有并行I/O接口電路8255，實現帶輸入輸出接口的模型機的設計。
20、配有定時/計數器接口電路8253。實現帶定時/計數器功能的模型機的設計。
21、配有中斷控制器8259。實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，實現數模和模數的轉換。
24、配置ALTERA EPM240模塊，實現具備多功能復雜模型機的設計實驗。
25、配置LCD1602液晶顯示器，用于顯示實驗過程中各各部件單元的即時數據，同時配置6個鍵盤，為無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驗。
26、自設計計算機原理和結構實驗單元
1）承載片上調試器以及實驗電路，連接計算機和基礎實驗主板。
2）基于FPGA設計技術，由Altera Cyclone IV EP4CE6E、嵌入式STM32和時鐘電路、USB通信電路等組成。



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