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> 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案
2025-01-02 09:02
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案
一、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室概況
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室是計(jì)算機(jī)、電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室配有計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱及多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng),可以完成《計(jì)算機(jī)組成原理》、《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》、《數(shù)字電路》等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和相關(guān)的課程設(shè)計(jì)。
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室可按照技術(shù)層級(jí)規(guī)劃展開(kāi)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn),課程資源由淺入深,涵蓋計(jì)算機(jī)組成原理,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)資源,通過(guò)“講、練、做、用”的教學(xué)模式,形成系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)路徑,從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理與體系機(jī)構(gòu)技術(shù)知識(shí)體系有著生動(dòng)的認(rèn)知,快速提升相應(yīng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力,提前掌握并具備工作后可能從事崗位的部分專(zhuān)業(yè)技能。
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室是以本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)為中心,加強(qiáng)研究生培養(yǎng)和科研基地建設(shè),推進(jìn)學(xué)科學(xué)位建設(shè)發(fā)展,F(xiàn)為計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、軟件工程等專(zhuān)業(yè);光電信息工程學(xué)院的電子信息科學(xué)與技術(shù),電子信息工程、通信工程等專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研基地。
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱利用先進(jìn)的EDA 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試,擺脫了傳統(tǒng)的硬件接線(xiàn)方式。通過(guò)各單元部件的實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生掌握各芯片之間的連接、各功能模塊之間的相互聯(lián)系,了解計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和運(yùn)行方式,提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力,鍛煉學(xué)生邏輯思維能力與推理判斷能力,培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)硬件電路、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
·實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的主要工作
本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求是使學(xué)生掌握層次化設(shè)計(jì)方法、同步計(jì)數(shù)器、多路開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)、微程序控制的運(yùn)算器、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)等的設(shè)計(jì),以及分析編程,設(shè)計(jì)選型、性能測(cè)試等。培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)原理、體系結(jié)構(gòu)等方向的理論聯(lián)系實(shí)際意識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能。
本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必要的基礎(chǔ)理論知識(shí)是:計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)字電路等課程。
三、儀器設(shè)備清單
序號(hào)
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
數(shù)量
1
超強(qiáng)型
計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱
DB-CPTH+
30臺(tái)
2
品牌電腦(其中30臺(tái)學(xué)生機(jī)+1臺(tái)教師機(jī))
學(xué)校自購(gòu)
31臺(tái)
3
實(shí)驗(yàn)桌椅
學(xué)校自購(gòu)
30套
4
綜合布線(xiàn)
學(xué)校自購(gòu)
1項(xiàng)
5
交換機(jī)
學(xué)校自購(gòu)
1項(xiàng)
6
展示收納柜
學(xué)校自購(gòu)
2個(gè)
DB-CPTH+ 超強(qiáng)型
計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱
DB-CPTH+ 超強(qiáng)型計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱是
上海頂邦公司
最新推出的一款功能強(qiáng)、性能好,軟件硬件都是一流的高性能計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀產(chǎn)品,系統(tǒng)電路采用了多片CPLD大大提高了可靠性和功能提升的可能性,軟件提供了詳盡的信息窗口、運(yùn)行圖表和多類(lèi)幫助信息,使教學(xué)的過(guò)程輕松自如。
一、系統(tǒng)特點(diǎn)
(1) 結(jié)構(gòu)清晰、實(shí)時(shí)監(jiān)視器
各單元部件都以計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型布局,清晰明了,各寄存器、部件均有 8 位數(shù)據(jù)指示燈顯示其二進(jìn)制值,兩個(gè)8 段碼LED 顯示其十六進(jìn)制值,清楚明了,兩個(gè)數(shù)據(jù)流方向指示燈,以直觀反映當(dāng)前數(shù)據(jù)值及該數(shù)據(jù)從何處輸出,而又是被何單元接收的。這是該產(chǎn)品獨(dú)創(chuàng)的“實(shí)時(shí)監(jiān)視器”,使得系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)時(shí)即使不借助PC 機(jī),也可實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流狀態(tài)及正確與否,徹底改變了其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備為監(jiān)控狀態(tài)必須加入讀操作的不真實(shí)實(shí)驗(yàn)方法,使得學(xué)生十分容易認(rèn)識(shí)和理解計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各部件可以通過(guò)J1、J2、J3 座之間不同的連線(xiàn)組合,可進(jìn)行各部件獨(dú)立的實(shí)驗(yàn),也可進(jìn)行各部件組合實(shí)驗(yàn),再通過(guò)與控制線(xiàn)的組合,就可構(gòu)造出不同結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度的原理性計(jì)算機(jī)。
(2)開(kāi)放式設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟硬件對(duì)用戶(hù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有完全的開(kāi)放特性。與眾不同的是:各實(shí)驗(yàn)?zāi)K的數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)與系統(tǒng)之間的掛接是通過(guò)三態(tài)門(mén),而不是其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備所采用的扁平連線(xiàn)方法,而數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)是否要與系統(tǒng)連通,則由用戶(hù)連線(xiàn)控制,這樣,就真實(shí)的再現(xiàn)了計(jì)算機(jī)工作步驟。需要強(qiáng)調(diào)指出的是:用“連線(xiàn)跨接”并不能說(shuō)明其開(kāi)放特性,而所謂的開(kāi)放性應(yīng)指的是運(yùn)算器、控制器及微程序指定的格式及定義能否進(jìn)行修改和重新設(shè)計(jì)。DB-CPTH+系統(tǒng)的運(yùn)算器采用了代表現(xiàn)代科技的EDA 技術(shù)設(shè)計(jì),隨機(jī)出廠時(shí),已提供一套已裝載的方案,能進(jìn)行加、減、與、或、帶進(jìn)位加、帶進(jìn)位減、取反、直通八種運(yùn)算方式,若用戶(hù)不滿(mǎn)意該套方案,也可自行重新設(shè)計(jì)并通過(guò)JTAG 口下載?刂破魑⒅付ǜ袷郊岸x可通過(guò)鍵盤(pán)和PC 機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),從而產(chǎn)生與眾不同的指令系統(tǒng)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)、控制線(xiàn)均在總線(xiàn)插孔區(qū)引出,并設(shè)計(jì)了40 芯鎖進(jìn)插座,供用戶(hù)進(jìn)行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)提供的兩種控制器之一的組合邏輯控制器已下載有一套完整的實(shí)驗(yàn)方案,用戶(hù)也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。
開(kāi)放式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)還在于,用戶(hù)可以設(shè)計(jì)自己的指令/微指令系統(tǒng)。系統(tǒng)中已帶有兩套指令/微程序系統(tǒng),用戶(hù)可參照來(lái)設(shè)計(jì)新的指令/微程序系統(tǒng)。
(3)支持中斷實(shí)驗(yàn)
采用最底層的器件設(shè)計(jì)而非有些產(chǎn)品所采用的集成器件 8259,從而讓學(xué)生可以從微程序?qū)用嫔蠈W(xué)習(xí)中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷入口地址的產(chǎn)生、中斷服務(wù)程序及中斷返回(RETI)整個(gè)過(guò)程。專(zhuān)家指出:“中斷”是單片機(jī)、微機(jī)、DSP 等學(xué)科中不可或缺的功能,故應(yīng)在計(jì)算機(jī)原組成原理這門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科中對(duì)其進(jìn)行充分的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)。
(4) 兩種控制器方式
系統(tǒng)提供兩種控制器方式,即微程序控制器和組合邏輯控制器。在微程序控制器中,系統(tǒng)能提供在線(xiàn)編程,實(shí)時(shí)修改程序,顯示程序并調(diào)試進(jìn)行的操作環(huán)境。組合邏輯控制器,已下載有一套完整的實(shí)驗(yàn)方案,用戶(hù)也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。微程序控制器和組合邏輯控制器兩種類(lèi)型都有流水和非流水兩種方案。
(5) 三種工作方式
1、手動(dòng)方式——不連PC 機(jī),通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀的開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),用LCD 及各部件的8 個(gè)狀態(tài)LED,兩個(gè)LED 數(shù)碼管觀察運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果,手動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);
2、聯(lián)機(jī)方式——連PC 機(jī),通過(guò)WINDOWS 調(diào)試環(huán)境及圖形方式進(jìn)行更為直觀的實(shí)驗(yàn)。在WINDOWS 調(diào)試環(huán)境中提供了功能強(qiáng)大的邏輯分析和跟蹤功能,既可以以波形的方式顯示各邏輯關(guān)系,也可在跟蹤器中,觀察到當(dāng)前狀態(tài)的說(shuō)明及提示;
3、脫機(jī)方式——不連PC 機(jī),通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀的鍵盤(pán)輸入程序、微程序,用LCD 及各部件的8 個(gè)狀態(tài)LED,兩個(gè)LED 數(shù)碼管觀察運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果,手動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);
(6)完善的尋址方式
累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、存儲(chǔ)器尋址;
(7)運(yùn)算器和控制器采用CPLD LC4256芯片,支持VHDL語(yǔ)言、Verlog語(yǔ)言和圖形化語(yǔ)言.
(8)邏輯分析儀
對(duì)于教師而言,不難體會(huì)要講清時(shí)序關(guān)系是不容易的。而學(xué)生理解并利用時(shí)序關(guān)系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術(shù)的迅猛發(fā)展,在實(shí)際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進(jìn)行時(shí)序分析。 計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具備高性能邏輯分析功能,老師可通過(guò)電化教學(xué)設(shè)備向?qū)W生現(xiàn)場(chǎng)展示指令與時(shí)序的關(guān)系,可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)直觀地觀測(cè)到指令與時(shí)序的關(guān)系,可有效的提高教學(xué)效果。
(8)豐富的調(diào)試手段,具有單步、微單步、運(yùn)行、暫停等功能。
(9)通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀或PC機(jī)鍵盤(pán),在線(xiàn)動(dòng)態(tài)修改寄存器、程序/微程序計(jì)數(shù)器、程序/微程序存貯器的內(nèi)容。
(10)具有系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)功能,能精確顯示故障位置。
(11)支持USB通訊連接,可以適應(yīng)筆記本,臺(tái)式機(jī)等多種機(jī)型,運(yùn)行環(huán)境為Windows2000/XP/ Win7/Win8系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)主板、調(diào)試軟件、內(nèi)置開(kāi)關(guān)電源組成。
采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)“組成原理”,以便從最底層來(lái)展現(xiàn)“原理”之精髓,采用CPLD設(shè)計(jì)運(yùn)算器和微程序控制器。
系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主板有:寄存器組、運(yùn)算單元、累加器A暫存器W、直通/左移/右移單元、地址寄存器、程序計(jì)數(shù)器、堆棧、中斷源、輸入/輸出單元、存儲(chǔ)器單元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、組合邏輯控制器、擴(kuò)展座、總線(xiàn)插孔區(qū)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)/指示燈、邏輯筆、脈沖源、MCS-51智能管理單片機(jī)、24個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)、4*6矩陣鍵盤(pán)、字符式LCD、RS232口、USB通訊口。
三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
模型機(jī)模塊實(shí)驗(yàn)
(1)寄存器實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1:A,W 寄存器實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2:R0,R1,R2,R3 寄存器實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)3:MAR 地址寄存器,ST 堆棧寄存器,OUT輸出寄存器
(2)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn) (加、減、或、與、帶進(jìn)位加、帶進(jìn)位減、A取反、A輸出,共8種運(yùn)算。)
(3)數(shù)據(jù)輸出實(shí)驗(yàn)/移位門(mén)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1:數(shù)據(jù)輸出實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2:移位實(shí)驗(yàn) (位左移;位右移)
(4)微程序計(jì)數(shù)器UPC 實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1:uPC 加一實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2:uPC 打入實(shí)驗(yàn)
(5)PC 實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1:PC 加一實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2:PC 打入驗(yàn)
(6)存儲(chǔ)器EM 實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1:PC/MAR 輸出地址選擇
實(shí)驗(yàn)2:存儲(chǔ)器EM 寫(xiě)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)3:存儲(chǔ)器EM 讀實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4:存儲(chǔ)器打入IR指令寄存器/uPC實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5:使用實(shí)驗(yàn)儀小鍵盤(pán)輸入EM
(7)微程序存儲(chǔ)器UM 實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1:微程序存儲(chǔ)器uM 讀出
實(shí)驗(yàn)2:使用實(shí)驗(yàn)儀小鍵盤(pán)輸入uM
(8)中斷實(shí)驗(yàn)
(9)模型機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)(微程序控制器)
實(shí)驗(yàn)1:數(shù)據(jù)傳送實(shí)驗(yàn)/輸入輸出實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2:數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)(加/減/與/或)
實(shí)驗(yàn)3:移位/取反實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4:轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5:調(diào)用實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)6:中斷實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)7:指令流水實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)8:RISC 模型機(jī)
(10)組合邏輯控制
實(shí)驗(yàn)1:組合邏輯控制器
實(shí)驗(yàn)2:用CPLD實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器功能
(11)設(shè)計(jì)指令/微指令系統(tǒng)
(12)模型機(jī)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)
擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)一:用8255 擴(kuò)展I/O 端口實(shí)驗(yàn)
擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)二:用8253 擴(kuò)展定時(shí)器試驗(yàn)
注:實(shí)驗(yàn)(1)~(8)為手動(dòng)微代碼控制,(9)~(12)為微程序或組合邏輯控制。
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