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教學實驗箱設備

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上海方晨科教設備制造有限公司

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    FC-CPTH+ 八位、十六位計算機組成原理與系統結構實驗儀

     FC-CPTH+ 八位、十六位計算機組成原理與系統結構實驗儀

     
     一、系統簡介
        CPTH+是我公司吸收了國內先進的計算機組成原理實驗儀的優點,研制開發的一款八位、十六位兼容設計的計算機組成原理和系統結構實驗儀,系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可靠性和二次開發的靈活性,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。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FPGA設計CPU打下堅實基礎。滿足不同層次的教學的需求。系統軟件提供了詳盡的信息窗口、運行圖表和多類幫助信息,使教學的過程輕松自如。
    二、系統特點
    (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/微指令的系統設計。
    (4)控制器的有機結合,只需撥動選擇開關,就可實現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,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,操作歷史記錄狀態顯示,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,在線動態修改寄存器、程序/微程序計數器、程序/微程序存貯器的內容。
    (13)系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指令送到數碼管顯示。兩只GAL16V8是四位數碼管16進制譯碼。
    6、L7~L0是8個發光二極管,用于顯示模型機內部狀態,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、數據總線值、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)系統可保存文件和調入文件,并提供PC機下載。
    三、系統組成
    系統由實驗主板、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:數據傳送/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) 組合邏輯控制器實驗
    (11) 設計指令/微指令系統.
    (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)十六位指令計數器PC 實驗
    (17)中斷控制實驗
    (18)十六位模型機的總體實驗

     
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