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计算机组成原理实验室
2015-09-14 00:00   审核人:

计算机组成原理实验室使用TD-CMA 计算机组成原理与系统结构教学实验系统该系统具有以下功能特点:
1完整丰富的教学实验内容,确保实验室建设的先进性
 
在计算机组成原理方面提供了运算器、控制器、存储器、系统总线及总线接口设计等各部件教学实验内容,还提供了简单模型机和复杂模型机的整机实验,以及输入、输出系统方面的实验,特别是提供了具有中断处理功能的模型计算机设计和具有DMA处理功能的模型计算机设计等实验,可使学生对计算机的结构和原理能有一个完整的认识和掌握。

在计算机系统结构方面,通过复杂指令模型机、精简指令模型机、重叠结构模型机和流水结构模型机的实验,可使学生学习并掌握当前各种先进计算机结构的原理及设计。

2.先进的计算机部件设计

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,并提供了Cache高速缓存控制器设计实验。

 

3.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,实现计算机硬布线控制器的设计。

 

4.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微机具有类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,具有中断信号线,DMA控制信号线,存储器读写信号线和输入输出读写信号线等,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。

 

5.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、更为方便和实用。

6先进的实时动态图形调试方式,使学生更容易学懂计算机组成原理

1)先进部件调试手段

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。

2)多种结构模型机调试手段

在模型计算机整机调试的图形调试工具方面,系统提供了简单模型机、复杂模型机、精简指令结构模型机、重叠结构模型机、流水结构模型机的实时动态通路图调试界面。

对简单模型机和复杂模型机还提供了动态微程序流程图,将微程序的运行过程可实时动态的表现出来,使用户可以从微程序的角度观察计算机指令运行的过程并对系统进行调试。

                               

另外在通路图调试界面中还提供了交互式微指令设计和功能模拟环境,可用鼠标在微指令的显示区,按每个控制位来修改微指令代码,然后在数据通路图中模拟运行该指令,来验证微代码设计是否正确,使学生非常容易掌握微代码的功能原理和微程序设计。

3)完整丰富的调试功能

包括单拍调试,单周期调试,单步微指令调试,单步机器指令调试,连续运行,尤其是单拍调试可以精确观察计算机在每一拍的运行过程,对复杂结构计算机的调试非常必要。还可以对动态图形调试过程进行记录保存,并能随时进行回放,这可作为实验报告中的调试运行记录。这些图形调试方式及功能使得实验过程更为形象直观,具有非常良好的教学效果。

7多路逻辑信号测量功能
具有多路逻辑示波器的测量单元,方便用户测量信号的逻辑波形。

8.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,能够精确检查用户的实验电路连线错误。

 

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。

 

本系统可开设实验内容:

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

2Cache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

1CPU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)

 

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