超強型計算機組成原理與係統結（jié）構,十六位機（FPGA）擴展實驗板

來源：    作者：    發布時間：2019-8-24 11:42:46

TRY-CPTH+超（chāo）強型計算機組成原理與係統結構

一、超強型計算機組成原理與（yǔ）係統結構簡（jiǎn）介

TRY-CPTH+超（chāo）強型計算機組成原理與係統結（jié）構在TRY-CPTH八位機（jī）的（de）基礎上增加十六位（wèi）機接口，通過（guò）選配CPT16十六位機擴展（zhǎn）實驗（yàn）板，完成十（shí）六位計算機（jī）組成（chéng）原理實驗，是八位（wèi）、十六（liù）位兼容的理想實驗係統（tǒng），滿足不同層次的（de）教學。

TRY-CPTH+超強型計算機組成（chéng）原理與係統結構係統采用了（le）多片在線可編程芯（xīn）片，大大提（tí）高了實驗係統可靠性和二（èr）次開發的靈活性,軟硬件配置完備,是實驗、開（kāi）發的理想實驗平台。

二（èr）、超強型計算機組成原理與係統結構（gòu）係（xì）統特點

（1）先進的硬件設（shè）計，充（chōng）分展示計算機結（jié）構模型，每個模塊均有（yǒu）數碼（mǎ）管實時監視，模塊間線條明快，數據/指令（lìng）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（gòu）。

（3）開放的軟硬件設計，支持用（yòng）戶新建指（zhǐ）令/微指令的係統設計。

（4）控（kòng）製器（qì）的（de）有機結合，隻需撥動選擇開關，就可實現微程序或組合邏（luó）輯控製的切換。

（5）提供多種工作方式，支持手動、脫機、聯機。

（6）提供三（sān）總線接口和鎖緊插座，支持I/O擴展。

（7）提供（gòng）多種指令係統，支持基本模型機、指令流水線、RISC模型機實驗。

（8）強（qiáng）大的指令（lìng）功能，支持多種尋址方式和（hé）中斷、子程序調（diào）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（jiàn），自帶編譯器、支持匯編語言源程序調（diào）試，圖形化動態顯示計算機結構模型的數據（jù）/指令（lìng）流向,操作曆史記（jì）錄狀態顯示，方便用戶查找曆史記錄。

（11）提供30路邏輯分析波形圖,可讓學生在（zài）實驗時實時地觀測到指令與時序（xù）的關係，可有效的提高（gāo）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（chéng）序/微程序存貯器的（de）內（nèi）容。

（13）實驗儀提（tí）供串口或USB接口,聯接PC機仿真調試，出廠配置為串口。

（14）增加十六位機接口，如選配我公司廠生產的TRY-CPT16十六位機擴展板，完成十六位計算機組（zǔ）成原理實（shí）驗。

（15）十（shí）六位機擴展部分主要是基於EDA設計的FPGA實驗板，它的核（hé）心器件是Altera公司的10萬（wàn）門EP1K100的FPGA芯片，同時配備單片（piàn）機管（guǎn）理監控和PC機（jī）通信（xìn），完成16位機的匯編源程編譯、下載、運行等功（gōng）能，詳見《TRY－CPT16十六位機擴展板簡介》。

三、超強型計算機組成原（yuán）理與係統結構係（xì）統組成

係（xì）統（tǒng）由實驗（yàn）主板、仿真調試軟件、內置開關電源（yuán）組成。

實驗主板有：累加器（qì）A，暫存器W，運算器ALU，直通D/左移（yí）L/右移R單（dān）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（dì）址UPC，指令寄存器（qì）IR，微程序（xù）控製器uEM，組合邏輯控製單元，三（sān）總線接（jiē）口，40芯鎖緊擴展座、二進製開關電平輸出/顯（xiǎn）示，邏輯筆、管理單片機89S52、4×6鍵盤，字（zì）符式LCD，RS232/USB通訊接口，CPT16十六位（wèi）機擴展接口（kǒu），通信（xìn）選擇開（kāi）關。

四、超（chāo）強型計算機組成原理與（yǔ）係（xì）統結構實驗項目

（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（yàn）

實驗（yàn）1：UPC加1實（shí）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（xiě）實驗

（7）微程序讀寫實驗

（8）中斷實驗

（9）模型機綜合實驗（微程控製器）

實（shí）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（shí）驗4：轉（zhuǎn）移實驗

實驗5：調用實驗

實驗6：中斷實驗（yàn）

實驗7：指令流（liú）水實（shí）驗

實驗8：RISC模型機

(10)組（zǔ）合邏輯控製器實驗

(11)設計指令（lìng）/微（wēi）指令係統.

(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

（13）十六（liù）位ALU實驗

（14）十六位寄（jì）存（cún）器實驗

（15）十六位寄存器組實驗

（16）十六位指令計數器（qì）PC實驗

（17）中斷控製實驗

（18）十六位模型機的總體實驗

注（zhù）：實驗（1）…（8）為手動微代碼控製，（9）…（12）為微程序或組合邏輯控製.

TRY-CPT16十六位機（FPGA）擴展實驗（yàn）板

一、十（shí）六位機（FPGA）擴展實驗板介紹：

TRY-CPT16十六位機（jī）（FPGA）擴展實驗板主要是基（jī）於EDA設計的計算（suàn）機組成原理實驗板，它的核心器件是Altera公司的10萬門EP1K100的FPGA芯片。用該FPGA實驗（yàn）板，通過VHDL語言編程，可設（shè）計16位機（jī）的部件和模型機，學（xué）生將設計好的（de）電路下載（zǎi）到（dào）FPGA芯片上，實現16位機的部件和模型機功能；也（yě）可（kě）完成其它設計性實驗和課程設計實驗。

二、FPGA實驗板組成

（1）AT89S52單片機，主要（yào）用於接收PC機命令，完成16位（wèi）程序存儲器讀寫，管理模型機運行、暫停等功能。

（2）ISPLSI1032E是邏輯控製芯片，負責單（dān）片機和模型機總線切換。

（3）EP1K100是模型機主控芯片，相應管腳已連好，IDC2是EP1K100芯（xīn）片的下載接口，再配合FPGA實驗（yàn）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（mó）型機（jī）的（de）程（chéng）序（xù）存儲器（qì），能保（bǎo）存大容量程序。

（5）四位8段數碼管，用於（yú）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（de）內部寄存器、總線值送A，再（zài）通過OUT指令送到數碼管顯示。兩隻GAL16V8是四位（wèi）數碼管16進製譯碼。

（6）L7～L0是8個發（fā）光二極管，用於顯示模（mó）型機內部狀態，例如：進（jìn）位標誌、零標誌、中斷（duàn）申請標誌等。

（7）K0（7…0）～K4（7…0）是（shì）40個（gè）開關，用於（yú）輸入外部信號，例如，在做單步實驗（yàn）時，這些開關可用來（lái）輸入地址總（zǒng）線值（zhí）、數據總（zǒng）線值、控製（zhì）信號等。

(8)EP1K100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（shū）出腳時可（kě）以使用這（zhè）些擴展腳。

（9）提供FPGA實驗板和PC機調試軟件。

三（sān）、十六位機（FPGA）擴展實驗板實驗項目（mù）

分部（bù）實驗一、十六（liù）位ALU實驗

分部實驗二、十六位寄存器實（shí）驗（yàn）

分部實驗（yàn）三、十六位寄存器組實驗

分部實驗四、十六位指令計數器PC實驗

分（fèn）部實驗五、中斷控製實驗

綜合實驗六、十六位模（mó）型機（jī）的總體（tǐ）實（shí）驗（yàn）