计算机组成原理与系统结构实验仪

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作者：管理员发布时间：2025-05-08 14:40:52

一、MY-233C计算机组成原理与系统结构实验仪-概述：
CPTH+是我公司最新推出的八位机带十六位机接口的计算机组成原理和系统结构实验仪。CPTH+在原CPTH主板的基础上增加十六位机接口，通过选配CPT16十六位机扩展实验板（也称FPGA实验板），完成十六位机计算机组成原理实验。
CPTH+主板以八位机模式，用TTL74系列器件+CPLD构建模型机部件，让学生以可视方式观察CPU内各部件工作过程和模型机的实现。CPT16_1C6实验板以十六位机模式，用15万门EP1C6Q240C8N FPGA芯片构建模型机所有部件，并配置64K×16位存储器，在对八位机了解的基础上，让学生对十六位计算机组成原理有更深刻的理解，实现质的飞跃，为FPGA设计CPU打下基础。
二、系统使用
CPTH+有两种使用方式：八位机和十六位机两种实验方式。
（1）八位机方式：
CPTH+主板是八位机模式，只需把通信选择开关“KT”拨向“CPTH”一侧，即可构成八位计算机组成原理和系统结构的实验系统。具体使用详见《CPTH超强型计算机组成原理和系统结构实验指导书》。
（2）十六位机方式：
把选配的CPT16十六位机扩展实验板，对应插入“CPTH+主板”上的座，然后把通信选择开关“KT”拨向“CPT16”一侧，即可构成十六位计算机组成原理的实验系统。具体使用详见《CPTH+_1C6 十六位机扩展实验板使用手册》说明。
三、八位机简介
（一）系统特点
（1）先进的硬件设计，充分展示计算机结构模型，每个模块均有数码管实时监视，模块间线条明快，数据/指令流向一目了然。
（2）完善的硬件配置，实验电路以分立器件为主，同时配备CPLD，支持部分模块的重构。
（3）开放的软硬件设计，支持用户新建指令/微指令的系统设计。
（4）控制器的有机结合，只需拨动选择开关，就可实现微程序或组合逻辑控制的切换。
（5）提供多种工作方式，支持手动、联机、软件模拟三种实验方式。
（6）提供三总线接口和锁紧插座，支持I/O扩展。
（7）提供多种指令系统，支持基本模型机、指令流水线、RISC模型机实验。
（8）强大的指令功能，支持多种寻址方式和中断、子程序调用等。
（9）丰富的调试手段，具有单步、微单步、运行、暂停等功能。
（10）提供联机调试软件，自带编译器、支持汇编语言源程序调试，图形化动态显示计算机结构模型的数据/指令流向,方便用户观察指令、微指令运行过程。
（11）提供30路逻辑分析波形图,可让学生在实验时实时地观测到指令与时序的关系，可有效的提高教学效果。
（12）实验仪提供LCD液晶显示，通过实验仪或PC机键盘,在线动态修改寄存器、程序/微程序计数器、程序/微程序存贮器的内容。
（13）实验仪提供串口/USB接口,联接PC机仿真调试。
*(14)对于CPTH+的用户，可选配我公司厂生产的CPT16十六位机扩展板，完成十六位计算机组成原理实验，详见《CPT16十六位机扩展板简介》。
（15）强大的软件模拟调试功能
“软件模拟调试”是指无硬件的情况下,只利用计算机即可进行八位机的编辑、编译、改错、调试。计算机组成原理是一门实践性很强的学科，长期以来学时的紧缺成为该科目的主要矛盾。学校即使能做到“人手一机”，也不可能让学生把实验设备带出实验室，也不可能二十四小时开放。“软件模拟调试”为让实验室向学生寝室、实验课时向业余时间延伸提供了条件，同时也确保了实验室的有效管理，因为“软件模拟调试”只需给学生一张光盘/U盘即可运行。这已成为很多学校采用的实验方式。
（二）系统组成
系统由实验主板、仿真调试软件、内置开关电源组成。
实验主板有：累加器A，暂存器W，运算器ALU，直通D/左移L/右移R单元，寄存器组R0—R3，中断向量IA，堆栈ST，程序计数器PC，地址寄存器MAR，输入IN，输出OUT，存贮器EM，微地址UPC，指令寄存器IR，微程序控制器uEM，组合逻辑控制单元，三总线接口，40芯锁紧扩展座、二进制开关电平输出/显示，逻辑笔、管理单片机89S52、4×6键盘，字符式LCD，RS232/USB通讯接口，* CPT16十六位机扩展接口，通信选择开关。
（三）实验项目
（1）寄存器读写实验
（2）运算器八种运算实验
（3）数据输出/移位实验
（4）UPC实验
实验1：UPC加1实验
实验2：UPC打入实验
（5）PC实验
实验1：PC加1实验
实验2：PC打入实验
（6）存贮器读写实验
（7）微程序读写实验
（8）中断实验
（9）模型机综合实验（微程控制器）
实验1：数据传送/输入/输出实验
实验2：数据运算实验（加/减法/或）
实验3：移位/取反实验
实验 4：转移实验
实验 5：调用实验
实验 6：中断实验
实验 7：指令流水实验
实验 8：RISC模型机
(10) 组合逻辑控制器实验
(11) 设计指令/微指令系统.
(12) 扩展实验
实验1：8255扩展I/O口实验
实验 2：8253扩展定时器实验
注：实验（1）…（8）为手动微代码控制，（9）…（12）为微程序或组合逻辑控制.
四、十六位机（FPGA）简介

（一）主要功能
    FPGA（CPT16_1C6）实验板主要是基于EDA设计的计算机组成原理的实验板，它的核心器件是Altera公司的Cyclone 系列15万门EP1C6Q240C8N的FPGA芯片。用该FPGA实验板，通过VHDL语言编程，可设计16位机的部件和模型机，学生将设计好的电路下载到FPGA芯片上，实现16位机的部件和模型机功能；也可完成其它设计性实验和课程设计实验。
（二）硬件组成
  （1）AT89S52单片机，主要用于接收PC机命令，完成16位程序存储器读写，管理模型机运行、暂停等功能。
  （2）ispLSI 1032E是逻辑控制芯片，负责单片机和模型机总线切换。
  （3）EP1C6是模型机主控芯片，相应管脚已连好，JTAG (By.II)是EP1C6芯片的标配下载接口，再配合FPGA实验板的PC机调试软件，可方便地进行各种实验。
  （4）IDT71V016是64K×16位存储器，是模型机的程序存储器，能保存大容量程序。
  （5）六位8段数码管，用于显示模型机内部寄存器、总线的值，在设计时可将需要观察的内部寄存器、总线值送A，再通过OUT指令送到数码管显示。三只GAL16V8是六位数码管16进制译码器。
  （6）L7～L0是8个发光二极管，用于显示模型机内部状态，例如：进位标志、零标志、中断申请标志等。
  （7）K0（7…0）～K4（7…0）是40个开关，用于输入外部信号，例如，在做单步实验时，这些开关可用来输入地址总线值、数据总线值、控制信号等。
   (8) EP1C6 右方的EX1座表示46 个扩展的IO 信号,当实验中需要另外的输入输出脚时可以使用这些扩展脚。
（三）实验项目
（13）十六位ALU 实验
（14）十六位寄存器实验
（15）十六位寄存器组实验
（16）十六位指令计数器PC 实验
（17）中断控制实验
（18）十六位模型机的总体实验