HL-C25A创新型计算机组成原理与体系结构设计系统

HL-C25A 创新型计算机组成原理与体系结构设计系统

一、功能特点

1、可完成“数字逻辑”和“计算机组成原理”课程的逻辑电路实验；

2、可完成“计算机组成原理”和“计算机系统结构”课程的CPU实验；

3、配套《计算机组成原理实践教程》由清华大学出版社出版发行。

二、技术特点

1、系统配有基础性实验主板和、扩展实验区和创新设计组件组成，可以实现虚实结合的实验模式。

2、基于FPGA的实验技术，可以结合教学内容设计实验，便于和课堂教学相配套，改变课堂讲一套、实验做另外一套的状况。既可以支持设计型、创新型实验，也可用设计好的电路进行原理验证型实验，便于实施多层次的实验教学。

3、学生所有的操作都是在计算机的虚拟界面上完成，甚至不需要实验板具有实际的开关按键、指示灯数码管等元件，从而极大地降低了实验板的故障率和日常维护成本。不仅具有真实感的虚拟实验板，并且独创基于原理图的虚拟实验板，使学生将注意力集中在实验原理上，无需将精力消耗在开关等元件与原理的对应上，提高实验效率。

4、实验过程可视化：在虚拟实验板上操作，以信息流方式显示CPU的指令执行过程 

5、支持用户自定义实验内容、自定义虚拟实验板、自定义CPU数据通路。。系统提供虚拟实验板设计工具，用户可为自己的实验定制虚拟实验界面。

   6、模型机实验时，可动态显示实验CPU的运行状态。CPU内部状态通过调试电路传递到用户界面，以数据记录和图形化两种形式显示。高亮显示当前有效的控制信号、变化的数值以及信息流动，方便学生调试设计，加深对指令执行过程的理解。也可用于教学演示。

7、模型机的设计调试支持微指令单步、微指令断点、指令单步、断点、全速等运行方式。可通过软件界面输入、查看和保存控存、主存内

8、微程序控制或基本多周期MIPS等CISC或RSIC实验CPU的设计调试界面如图3所示;用户可以扩充自己的实验CPU，只需要通过特定的脚本描述CPU的特性即可由实验调试系统可视化显示。

三、系统主要组成

1、基础实验区

1)主存储器：8K字节，用于存放用户程序和数据；

2) 运算器：字长为8位、16位兼容设计,由4片4位的算术逻辑单元74LS181功能发生器级联而成运算器模块；

3）双向通用移位寄存器：以实现逻辑移位功能；

4）微程序控制器：采用微程序方案实现，控存字长为24位，可用最大容量为1024字节，且用电可擦写的E²ROM存储器芯片组成，支持动态微程序设计；

5）24位微程序手动输入并显示模块；

6）手动16位数据输入模块；

7）2位七段数码管以显示程序运行的最后结果；

8）另有微地址发生器模块和微地址显示模块、微地址控制模块；数据总线显示模块，用于显示数据总线上的动态数据；总线地址显示模块，用于显示地址总线上的动态地址；指令寄存器和地址寄存器模块；

9）大规模 CPLD 和超强单片机作为整机的主控器件，可以在完全自动方式下完成全部部件实验和整机模型机设计实验。

2、扩展实验区

1）配有并行I/O接口电路8255，实现带输入输出接口的模型机的设计。

2）配有定时/计数器接口电路8253。实现带定时/计数器功能的模型机的设计。

3）配有中断控制器8259。实现带中断功能的模型机的设计。

4）配有2K高速双端口存储器IDT713200。

5）模数A/D和数模D/A转换电路，实现数模和模数的转换。

6）配置ALTERA EPM240核心模块，具有192个宏单元、不少于80根输入输出线的自动设计模块实现具备多功能复杂模型机的设计实验。

3、创新设计组件

1）承载片上调试器以及实验电路，连接计算机和基础实验主板。

2）基于FPGA设计技术，由Altera Cyclone IV EP4CE6E、嵌入式STM32和时钟电路、USB（非串转USB)通信电路等组成。

3）和电脑的连接采用标准USB接口（非串转USB)。

4、配套软件

1）自设计的实验软件

（1）提供操作实验电路的虚拟界面，具有自主知识产权；

（2）实验过程可视化，在虚拟实验平台上操作时，以信息流方式显示CPU的指令执行过程。

（3）系统提供虚拟实验平台设计工具，支持用户自定义实验内容、自定义虚拟实验平台、自定义CPU数据通路。

2）系统调试运行软件

（1）模型机实验时，以彩色流程方式可动态显示实验CPU的运行状态。CPU内部状态通过调试电路传递到用户界面，以数据记录和图形化两种形式显示。高亮显示当前有效的控制信号、变化的数值以及信息流动，方便学生调试设计，加深对指令执行过程的理解。也可用于教学演示。

（2）模型机的设计调试支持微指令单步、微指令断点、指令单步、断点、全速等运行方式。可通过软件界面输入、查看和保存控存、主存内容。

四、可以实现的实验项目

基础实验项目

1、8位不带进位和带进位算术逻辑运算实验

2、16位算术逻辑运算实验

3、移位运算器实验

4、存储器读写实验

6、8位微控制器实验

7、基本模型机的设计与实现

8、带移位运算和复杂模型机的设计与实现

扩展实验项目

1、8255并行I/O口扩展实验

2、8253定时/计数器实验

3、ADC0809模数转换实验

4、DAC0832模数转换实验

5、双端口存储器RAMIDT713200读写实验

创新设计性实验项目

1、8-32数据通路实验

    2、中断控制器实验

3、乘法器设计实验

    4、硬布线控制器实验

    5、扩展 8259中断控制器

6、基于流水技术构成模型计算机的实验

7、密码器设计

8、多功能运算电路设计

9、16位微控制器实验

10、高速缓冲存储器(Cache)设计

11、基于CISC可重构原理计算机组成设计实验

12、基于RISC处理器构成的实验计算机的设计与实现

13、用大规模芯片在模型机的基础上设计一个8位输入输出并行接口芯片8212

五、实验系统出厂配置表