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超強型計算機組成原理與系統結構,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+超強型計算機組成原理與系統結構

一、超強型計算機組成原理與系統結構簡介

TRY-CPTH+超強型計算機組成原理與系統結構在TRY-CPTH八位機的基礎上增加十六位機接口,通過選配CPT16十六位機擴展實驗板,完成十六位計算機組成原理實驗,是八位、十六位兼容的理想實驗系統,滿足不同層次的教學。

TRY-CPTH+超強型計算機組成原理與系統結構系統采用了多片在線可編程芯片,大大提高了實驗系統可靠性和二次開發的靈活性,軟硬件配置完備,是實驗、開發的理想實驗平臺。

超強型計算機組成原理與系統結構 

二、超強型計算機組成原理與系統結構系統特點

(1)先進的硬件設計,充分展示計算機結構模型,每個模塊均有數碼管實時監視,模塊間線條明快,數據/指令流向一目了然。

(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。

(3)開放的軟硬件設計,支持用戶新建指令/微指令的系統設計。

(4)控制器的有機結合,只需撥動選擇開關,就可實現微程序或組合邏輯控制的切換。

(5)提供多種工作方式,支持手動、脫機、聯機。

(6)提供三總線接口和鎖緊插座,支持I/O擴展。

(7)提供多種指令系統,支持基本模型機、指令流水線、RISC模型機實驗。

(8)強大的指令功能,支持多種尋址方式和中斷、子程序調用等。

(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,自帶編譯器、支持匯編語言源程序調試,圖形化動態顯示計算機結構模型的數據/指令流向,操作歷史記錄狀態顯示,方便用戶查找歷史記錄。

(11)提供30路邏輯分析波形圖,可讓學生在實驗時實時地觀測到指令與時序的關系,可有效的提高教學效果。

(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、程序/微程序存貯器的內容。

(13)實驗儀提供串口或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成原理實驗。

(15)十六位機擴展部分主要是基于EDA設計的FPGA實驗板,它的核心器件是Altera公司的10萬門EP1K100的FPGA芯片,同時配備單片機管理監控和PC機通信,完成16位機的匯編源程編譯、下載、運行等功能,詳見《TRY-CPT16十六位機擴展板簡介》。

三、超強型計算機組成原理與系統結構系統組成

系統由實驗主板、仿真調試軟件、內置開關電源組成。

實驗主板有:累加器A,暫存器W,運算器ALU,直通D/左移L/右移R單元,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,微地址UPC,指令寄存器IR,微程序控制器uEM,組合邏輯控制單元,三總線接口,40芯鎖緊擴展座、二進制開關電平輸出/顯示,邏輯筆、管理單片機89S52、4×6鍵盤,字符式LCD,RS232/USB通訊接口,CPT16十六位機擴展接口,通信選擇開關。

四、超強型計算機組成原理與系統結構實驗項目

(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

實驗1:UPC加1實驗

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(微程控制器)

實驗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

實驗4:轉移實驗

實驗5:調用實驗

實驗6:中斷實驗

實驗7:指令流水實驗

實驗8:RISC模型機

(10)組合邏輯控制器實驗

(11)設計指令/微指令系統.

(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)十六位ALU實驗

(14)十六位寄存器實驗

(15)十六位寄存器組實驗

(16)十六位指令計數器PC實驗

(17)中斷控制實驗

(18)十六位模型機的總體實驗

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





TRY-CPT16十六位機(FPGA)擴展實驗板

一、十六位機(FPGA)擴展實驗板介紹:

TRY-CPT16十六位機(FPGA)擴展實驗板主要是基于EDA設計的計算機組成原理實驗板,它的核心器件是Altera公司的10萬門EP1K100的FPGA芯片。用該FPGA實驗板,通過VHDL語言編程,可設計16位機的部件和模型機,學生將設計好的電路下載到FPGA芯片上,實現16位機的部件和模型機功能;也可完成其它設計性實驗和課程設計實驗。

二、FPGA實驗板組成十六位機(FPGA)擴展實驗板

(1)AT89S52單片機,主要用于接收PC機命令,完成16位程序存儲器讀寫,管理模型機運行、暫停等功能。

(2)ISPLSI1032E是邏輯控制芯片,負責單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芯片的下載接口,再配合FPGA實驗板的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,是模型機的程序存儲器,能保存大容量程序。

(5)四位8段數碼管,用于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內部寄存器、總線值送A,再通過OUT指令送到數碼管顯示。兩只GAL16V8是四位數碼管16進制譯碼。

(6)L7~L0是8個發光二極管,用于顯示模型機內部狀態,例如:進位標志、零標志、中斷申請標志等。

(7)K0(7…0)~K4(7…0)是40個開關,用于輸入外部信號,例如,在做單步實驗時,這些開關可用來輸入地址總線值、數據總線值、控制信號等。

(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出腳時可以使用這些擴展腳。

(9)提供FPGA實驗板和PC機調試軟件。

三、十六位機(FPGA)擴展實驗板實驗項目

分部實驗一、十六位ALU實驗

分部實驗二、十六位寄存器實驗

分部實驗三、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

分部實驗五、中斷控制實驗

綜合實驗六、十六位模型機的總體實驗