TD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateTD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统TD-CMA 计算机组成原理与系统结构教学实验系统TD-CMA 计算机组成原理与系统结构教学实验系统 价格：3980元TD-CMA 计算机组成原理与系统结构教学实验系统是西安唐都科教仪器公司推出的新一代计算机组成原理与系统结构教学的实验设备，该系统与以往的产品相比，主要优点有：采用了更为先进的计算机部件电路单元，以及更为

2、先进的计算机整机结构设计。从部件到整机实验都配有数据通路图实时动态图形调试界面，且都具有单拍、单周期、连续等调试功能；通路图的调试过程也具有保存和回放功能，具有更为优秀的示教效果。采用VHDL语言、MAXII系列CPLD器件、以及QuartusII工具来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。更为灵活、更为实用的时序发生电路和本地操作台设计。先进和完善的系统监测和保护电路设计，使实验平台更易于维护和使用。一、系统的功能和特点1先进丰富的课程内容使用实时动态图形调试实验方法，进行计算机组成原理的实验教学，比以往各种实验设备增加了并行运算器、Cache高速缓存、CPU设计、外总线接口设计、中断、DM

3、A等实验内容，并可开展CISC、RISC、重叠、流水、超标量等先进计算机系统结构的设计和实验研究。2先进设计方法和开发工具采用VHDL语言、ALTREA公司最新MAXII系列CPLD器件和先进设计开发工具QUARTUS II来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。 3先进的实时动态图形调试方式系统为各计算机部件（运算器、存储器、控制器）分别提供了实时动态图形调试工具，使得学生可以轻松了解复杂部件的内部结构和操作方法，并可实时跟踪部件的工作状态。在模型计算机整机调试的图形调试工具方面，系统除提供数据通路图、微程序流程图二种图形调试方式外，还增加了交互式微程序自动生成和当前微指令功能的模拟、系统调

4、试过程的保存及回放等多种先进和实用的调试功能，这些图形调试方式及功能使得实验过程更为形象直观，好教好学，具有更为优秀的示教效果。4先进的运算器部件运算器部件由一片CPLD来实现，内含算术、逻辑和移位三个运算部件，其中移位运算采用桶形移位器，各部件独立并行工作，体现了主流运算器设计思想。5Cache控制器部件设计提供Cache高速缓存控制器设计实验，可深刻理解高速缓存的基本原理和设计思想。6开放的控制器部件设计微程序控制器部件由微程序存储器，微命令寄存器，微地址寄存器，微命令译码器，编程电路等构成，其微指令格式和微指令定义可由用户自行设计确定。也可以使用CPLD构造组合逻辑控制器，实现计算机硬布

5、线控制器的设计。7先进的系统总线和总线接口设计系统提供了先进的系统总线结构，与主流的80x86微机具有相似的系统总线和总线接口设计。实验构建的模型计算机总线接口信号，除数据总线、地址总线外，其控制总线是需要根据计算机功能的要求来设计的，由此便可以开展关于计算机总线接口的设计实验。如：基本输入输出功能的总线接口设计实验、具有中断控制功能和DMA控制功能的总线接口设计实验等。8更为灵活、更为实用的时序发生电路和操作台设计 系统提供的时序发生器其机器周期可以在2节拍和4节拍之间选择，这为实验教学提供了更大的灵活性；系统的本地操作控制台也是全新的设计，使得系统在独立使用时，操作起来更为合理、更为方便和

6、实用。9系统电路的保护性设计保证了系统的安全性系统除了采用了具有抗短路、抗过流的高性能稳压电源来保证产品的安全性外，还增加了总线竞争报警等多处保护性电路设计，可进一步保证系统的安全运行。10系统电路检测功能和实验电路查错功能系统提供了系统电路检测功能和实验电路查错功能，既可对系统电路进行维护性检测，还可对实验电路连线的正确与否进行检查，能够精确检查到用户的每一根实验电路连线。二、系统电路构成运算器单元：具有算术运算、逻辑运算和桶形移位运算三个独立并行工作部件。存储器单元：SRAM。微控制器单元：微程序存储器，微命令寄存器，微地址寄存器，微命令译码器。寄存器单元：通用寄存器组，程序计数器，地址寄

7、存器，指令寄存器。总线单元：CPU内总线，系统数据总线，地址总线，控制总线。时序和操作台单元：时序发生电路，计算机控制台操作逻辑电路等。输入、输出设备单元：开关，LED显示灯，数码管及显示译码电路。输入、输出接口单元：8237DMA，8259PIC，8253CTC。系统单元：系统监控电路，系统检测电路，总线竞争报警电路。测量单元：四路逻辑示波器。手动信号模拟单元：3组8位二进制开关和指示灯，系统清零电路。CPLD单元：ALTERA MAXII系列EPM1270。可选配超标量实验扩展单元。三、系统软件配置1运算器、控制器等各部件的图形调试界面由于先进的计算机部件本身就十分复杂，所以系统为运算器、

8、存储器、控制器等各计算机部件实验都提供了实时数据通路图调试界面，使部件实验更加形象直观，用户可以轻松了解复杂部件的内部结构和使用方法，并可实时跟踪部件的工作状态。微程序控制器数据通路图2计算机整机系统的图形调试界面系统对计算机整机系统的设计提供了实例供用户研究，并提供了实时图形调试界面，具有单节拍、单周期、单机器指令、连续运行等调试功能，可多方位、动态实时显示计算机系统中各部件之间的数据传送过程以及各部件和总线上的所有信息，使以往难以观察到的、以及不易理解的计算机工作过程得以形象生动地展现。复杂模型计算机数据通路图3独特的微程序流程图系统具有独特的微程序流程图调试界面，使用户可以从微程序运行角

9、度来观察计算机指令运行的过程并对系统进行调试。该微程序流程图还可由用户根据自己的微程序来进行设计。4交互式微程序自动生成及微指令的功能模拟系统提供了独特的图形交互式微指令输入和模拟功能。在微指令显示区，可以按每个控制位来修改微指令代码，然后在数据通路图中观察该微指令模拟运行的情况，由此可反复修改各控制位代码，直至修改正确。微指令修改确定后，则可自动生成微程序。5系统电路检测功能和实验电路查错功能系统提供了系统电路维护性检测和实验电路连线查错的图形界面，能够精确检查到系统电路故障及用户的实验电路连线错误。6多路逻辑信号测量系统提供了四路逻辑示波器，方便用户测量信号的逻辑波形。7系统调试运行过程的

10、保存及回放功能系统具有历史记录回放及保存功能，系统可自动记录实验过程，并可以文件形式保存，能随时进行回放，也可作为实验报告的电子档或教学中的演示实例。四、主要技术指标1硬件配置运算器单元采用CPLD器件构成，具有算术运算、逻辑运算和桶形移位运算三个独立并行工作部件。存储器单元采用SRAM，并提供Cache高速缓存控制器设计实验，可深刻理解高速缓存的基本原理和设计思想。系统提供微程序控制器和组合逻辑控制器两种控制器。系统提供有类80x86CPU的总线接口设计，可以支持具有中断控制功能和DMA控制功能的总线接口设计实验。系统提供的时序发生器其机器周期可以在2节拍和4节拍之间选择，这为实验教学提供了

11、更大的灵活性；系统配有基本的输入、输出设备单元，以及8237DMA、8259PIC、8253CTC常用的微机外围接口单元，可以支持具有中断和DMA控制功能的模型机设计实验。系统具有CPLD单元，采用ALTERA MAXII系列EPM1270。系统资源对用户完全开放，系统中的运算器结构、控制器结构及微程序指令的格式及定义均可由用户根据教学需要来做灵活改变，指令系统也可重新设计。系统单元具有系统监控电路、系统检测电路和总线竞争报警电路。其中的实验电路连线检测功能，能精确检测到每根连线。系统的总线竞争报警电路，确保系统的安全运行。系统配有四路逻辑示波器的测量单元。系统可选配超标量实验扩展单元。2软件

12、配置系统提供了运算器、存储器、控制器各部件的动态图形调试界面。系统提供了CISC、RISC、重叠、流水等多种模型计算机动态图形调试界面，可多方位、动态实时显示计算机系统中各部件之间的数据传送过程以及各部件和总线上的所有信息。系统提供了单拍、单周期、单步微指令、单步机器指令、连续等调试功能，尤其是单拍调试功能，可以在单周期调试基础上更细致地实时观测到计算机内部每一节拍的动作，此功能对于先进计算机结构的实验研究是必不可少的。系统提供了独特的微程序流程图调试界面，使用户可以从微程序运行角度来观察计算机指令运行的过程并对系统进行调试。系统提供了独特的图形交互式微指令输入和模拟调试功能，微指令修改确定后

13、，则可自动生成微程序。系统可设定记录实验过程，并以文件形式保存，能随时进行回放，也可作为实验报告的电子档或教学中的演示实例。系统具有系统电路维护性检测和实验电路连线查错的图形界面，能够精确检查到系统电路故障及用户的实验电路连线错误。系统提供了四路逻辑示波器，方便用户测量信号的逻辑波形。五、主要实验内容1运算器及设计实验（1）基本运算器实验（2）超前进位加法器设计实验（3）阵列乘法器设计实验2存储系统及设计实验（1）静态随机存储器实验（2）Cache控制器设计实验3控制器及设计实验（1）时序发生器设计实验（2）微程序控制器实验4系统总线与总线接口实验（1）系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验（2）具有中断控制功能的总线接口设计（3）具有DMA控制功能的总线接口设计5模型计算机的设计实验（1）CPU与简单模型机设计实验（2）硬布线控制器模型机设计实验（3）复杂模型机设计实验6输入、输出系统实验（1）具有中断处理功能的模型计算机设计实验（2）具有DMA处理功能的模型计算机设计实验（3）典型I/O接口8253扩展设计实验7先进计算机结构的设计及研究实验（1）基于RISC处理器的模型计算机设计实验（2）基于重叠技术的模型计算机设计实验（3）基于流水技术的模型计算机设计实验（4）超标量流水模型计算机设计实验（须选配超标量实验扩展单元）-