計算機組成原理實驗室主要設備配置及建設目的

計算機組成原理實驗室主要承擔電子通信等專業(yè)方向的《計算機組成原理》、《單片機原理與應用》等課程的實驗教學工作，同時承擔相關的課程設計與畢業(yè)設計任務。
一、主要實驗(實踐)項目
計算機組成原理：算術邏輯運算實驗、存儲器實驗、總線控制實驗、復合邏輯門實驗、OC門和三態(tài)輸出門實驗等。
單片機原理與應用：流水燈實驗、數(shù)碼管顯示實驗、外部中斷實驗、液晶屏1602或者12864實驗、定時器實驗等
二、主要設備的購置：
1、MY-312 單片機.微機綜合實驗裝置

本設備是一套開發(fā)型，該系統(tǒng)吸收了國內外先進教學儀器的優(yōu)點,結合現(xiàn)代電子技術的需要,增設了許多新型實用接口、單片機通信、控制技術,通過本系統(tǒng)可完成單片機(51/196)、微機(8086)、EDA等學科的原理接口實驗和應用,為單片機·微機實驗室提供綜合實驗平臺,同時也為從事單片機·微機開發(fā)人員提供理想的實驗環(huán)境。
裝置組成：
該實驗裝置是由控制屏、內置直流穩(wěn)壓電源、漏電斷路器等組成，控制屏有兩大塊的雙面印刷線路板組成。
功能特點：
1）598是集51、96、8088（以下簡稱88）三大系列CPU于一體的三合一實驗系統(tǒng)。內置JD-208仿真器(5196)和8088實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)以8088實驗系統(tǒng)作為基板，自成一體，可單獨作為8086微機原理和接口實驗使用，也可分別疊插51或96CPU卡，構成51/96單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)，598系統(tǒng)結構緊湊，資源充分共享，無總線開關切換，自動識別CPU的類型。
2）實驗系統(tǒng)軟、硬件配置完善，仿真軟件支持Win98/2000/XP等操作系統(tǒng)，并支持匯編語言和C語言的開發(fā)，實驗內容豐富，是單片機、微機原理和接口教學的理想平臺。
3）598同時配置EDA下載板和相應IO接口,支持altera、lattice、xilinx三家公司CPLD/FPGA芯片實驗開發(fā)。
4）提供多種總線類型的實驗模塊,包括并行總線、RS232總線、RS485總線、I2C總線、SPI串行總線、USB總線、CAN總線、1-WIRE總線和以太網接口,可調試新型外圍接口芯片有:I2C串行RAM AT24C02、I2C串行實時時鐘PCF8563T、I2C串行10位D/A TL5615、8位A/D TL549、1-WIRE總線數(shù)字溫度傳感器DS 18B20、RS232芯片MAX232、MAX485、CAN總線控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器TJA1050T、網絡芯片RTL8019AS、看門狗電路MAX813L。
5）提供多種輸入／輸出設備，包括字符式1602 LCD、128X64點陣LCD、16X16LED點陣、4X6開放式鍵盤、6位開放式數(shù)碼管、IC卡、步進電機、小直流電機、小直流電機、繼電器、語音錄放(含話筒、喇叭)、打印機接口、小直流電機閉環(huán)控制、溫度閉環(huán)控制等。
6）學生可通過實驗臺內置的仿真器聯(lián)PC機調試、運行所有的實驗程序,也可不聯(lián)PC機獨立運行。
2、MY-8086B 微機原理實驗箱


1）8086k3實驗平臺采用INTEL8088(兼容8086)系統(tǒng)，所有系統(tǒng)資源，8位數(shù)據(jù)線，16位地址線，讀寫等控制信號全部引出對用戶開放。實驗箱板載了豐富的模塊資源，詳見模塊資源列表。在此基礎上還提供了“實驗模塊擴展”接口，并提供豐富的傳感器模塊包，使得單一傳感器實驗平臺和微機接口實驗平臺擺脫了分離教學的局限性，實現(xiàn)了當今傳感器與微機接口等相關技術的完美結合，使得我們設計的微機接口系統(tǒng)與實際應用更加貼切，更加智能。
2）標配高速易用USB通訊接口，可在線仿真和調試程序
標配USB 通訊接口，即插即用，臺式電腦、無串口的筆記本均適用, 支持WIN98，WINME，WIN2K，WINXP，WIN7等操作系統(tǒng)。也可方便切換為RS232串行通訊接口。通過上位軟件聯(lián)機可實現(xiàn)在線仿真、調試和開發(fā)程序。
3）無需電腦，方便、快捷的演示模式
系統(tǒng)配有管理監(jiān)控，在無PC機連接狀態(tài)下，系統(tǒng)自動切換到脫機管理狀態(tài)，用戶可通過實驗箱右下角4*6鍵盤輕松調用EPROM中的實驗程序完成實驗，可脫機運行實驗。方便老師在教學初期進行實驗的驗證和演示，同時增強學生學習的興趣和欲望。
4）階梯化難度設計，詳盡的實驗指導
實驗案例的難度階梯化設計，從簡單到復雜。讓新手真正在不知不覺中從入門到完全掌握各種復雜系統(tǒng)和程序的設計。使學生以后能夠更好地過渡到社會，無縫銜接,成為企業(yè)可用，有用，好用的人才！
3、MY-313計算機組成原理實驗臺

MY-313C計算機組成原理實驗臺-產品介紹：
本實驗臺是我公司最新推出的一款功能強、性能好，軟件硬件都是一流的高性能計算機組成原理實驗儀產品，系統(tǒng)電路采用了多片CPLD大大提高了可靠性和功能提升的可能性，軟件提供了詳盡的信息窗口、運行圖表和多類幫助信息，使教學的過程輕松自如。
一、系統(tǒng)特點
（1） 結構清晰、實時監(jiān)視器
各單元部件都以計算機結構模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有 8 位數(shù)據(jù)指示燈顯示其二進制值，兩個8 段碼LED 顯示其十六進制值，清楚明了，兩個數(shù)據(jù)流方向指示燈，以直觀反映當前數(shù)據(jù)值及該數(shù)據(jù)從何處輸出，而又是被何單元接收的。這是該產品獨創(chuàng)的“實時監(jiān)視器”,使得系統(tǒng)在實驗時即使不借助PC機，也可實時監(jiān)控數(shù)據(jù)流狀態(tài)及正確與否,徹底改變了其它實驗設備為監(jiān)控狀態(tài)必須加入讀操作的不真實實驗方法，使得學生十分容易認識和理解計算機組成結構。實驗系統(tǒng)各部件可以通過J1、J2、J3 座之間不同的連線組合，可進行各部件獨立的實驗，也可進行各部件組合實驗，再通過與控制線的組合，就可構造出不同結構及復雜程度的原理性計算機。
（2）開放式設計
實驗系統(tǒng)的軟硬件對用戶的實驗設計具有完全的開放特性。與眾不同的是：實驗臺各實驗模塊的數(shù)據(jù)線、地址線與系統(tǒng)之間的掛接是通過三態(tài)門，而不是其它實驗設備所采用的扁平連線方法，而數(shù)據(jù)線、地址線是否要與系統(tǒng)連通，則由用戶連線控制，這樣，就真實的再現(xiàn)了計算機工作步驟。需要強調指出的是：用“連線跨接”并不能說明其開放特性，而所謂的開放性應指的是運算器、控制器及微程序指定的格式及定義能否進行修改和重新設計。系統(tǒng)的運算器采用了代表現(xiàn)代科技的EDA 技術設計，隨機出廠時，已提供一套已裝載的方案，能進行加、減、與、或、帶進位加、帶進位減、取反、直通八種運算方式，若用戶不滿意該套方案，也可自行重新設計并通過JTAG 口下載�？刂破魑⒅付ǜ袷郊岸�義可通過鍵盤和PC 機進行重新設計，從而產生與眾不同的指令系統(tǒng)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線均在總線插孔區(qū)引出，并設計了40 芯鎖進插座，供用戶進行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的擴展實驗。系統(tǒng)提供的兩種控制器之一的組合邏輯控制器已下載有一套完整的實驗方案，用戶也可使用CPLD 工具在PC 機上進行自動化設計。
開放式設計的特點還在于，用戶可以設計自己的指令/微指令系統(tǒng)。系統(tǒng)中已帶有兩套指令/微程序系統(tǒng)，用戶可參照來設計新的指令/微程序系統(tǒng)。
（3）支持中斷實驗
采用最底層的器件設計而非有些產品所采用的集成器件 8259，從而讓學生可以從微程序層面上學習中斷請求、中斷響應、中斷處理、中斷入口地址的產生、中斷服務程序及中斷返回（RETI）整個過程。專家指出：“中斷”是單片機、微機、DSP 等學科中不可或缺的功能，故應在計算機原組成原理這門基礎學科中對其進行充分的學習和實驗。
(4) 兩種控制器方式
系統(tǒng)提供兩種控制器方式，即微程序控制器和組合邏輯控制器。在微程序控制器中，系統(tǒng)能提供在線編程，實時修改程序，顯示程序并調試進行的操作環(huán)境。組合邏輯控制器，已下載有一套完整的實驗方案，用戶也可使用CPLD 工具在PC 機上進行自動化設計。微程序控制器和組合邏輯控制器兩種類型都有流水和非流水兩種方案。
（5） 三種工作方式
1、手動方式——不連PC 機，通過實驗儀的開關輸入信號進行實驗，用LCD 及各部件的8 個狀態(tài)LED，兩個LED 數(shù)碼管觀察運行狀態(tài)和結果，手動進行實驗；
2、聯(lián)機方式——連PC 機，通過WINDOWS 調試環(huán)境及圖形方式進行更為直觀的實驗。在WINDOWS 調試環(huán)境中提供了功能強大的邏輯分析和跟蹤功能，既可以以波形的方式顯示各邏輯關系，也可在跟蹤器中，觀察到當前狀態(tài)的說明及提示；
3、脫機方式——不連PC 機，通過實驗儀的鍵盤輸入程序、微程序，用LCD 及各部件的8 個狀態(tài)LED，兩個LED 數(shù)碼管觀察運行狀態(tài)和結果，手動進行實驗；
（6）完善的尋址方式
累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、存儲器尋址；
（7）運算器和控制器采用CPLD LC4256芯片,支持VHDL語言、Verlog語言和圖形化語言.
（8）邏輯分析儀
對于教師而言，不難體會要講清時序關系是不容易的。而學生理解并利用時序關系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術的迅猛發(fā)展，在實際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進行時序分析。計算機組成原理與系統(tǒng)結構教學實驗系統(tǒng)具備高性能邏輯分析功能，老師可通過電化教學設備向學生現(xiàn)場展示指令與時序的關系，可讓學生在實驗時直觀地觀測到指令與時序的關系，可有效的提高教學效果。
（8）豐富的調試手段，具有單步、微單步、運行、暫停等功能。
（9）通過實驗儀或PC機鍵盤,在線動態(tài)修改寄存器、程序/微程序計數(shù)器、程序/微程序存貯器的內容。
（10）具有系統(tǒng)自動檢測功能，能精確顯示故障位置。
（11）支持USB通訊連接，可以適應筆記本，臺式機等多種機型，運行環(huán)境為Windows2000/XP/ Win7/Win8系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)組成
    系統(tǒng)由實驗主板、調試軟件、內置開關電源組成。
采用數(shù)字電路設計“組成原理”，以便從最底層來展現(xiàn)“原理”之精髓，采用CPLD設計運算器和微程序控制器。
系統(tǒng)實驗主板有：寄存器組、運算單元、累加器A\暫存器W、直通/左移/右移單元、地址寄存器、程序計數(shù)器、堆棧、中斷源、輸入/輸出單元、存儲器單元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、組合邏輯控制器、擴展座、總線插孔區(qū)、微動開關/指示燈、邏輯筆、脈沖源、MCS-51智能管理單片機、24個撥碼開關、4*6矩陣鍵盤、字符式LCD、RS232口、USB通訊口。
三、實驗項目
模型機模塊實驗
（1）寄存器實驗
實驗1：A，W 寄存器實驗
實驗2：R0，R1，R2，R3 寄存器實驗
實驗3：MAR 地址寄存器，ST 堆棧寄存器，OUT輸出寄存器
（2）運算器實驗 （加、減、或、與、帶進位加、帶進位減、A取反、A輸出，共8種運算。）
（3）數(shù)據(jù)輸出實驗/移位門實驗
實驗1：數(shù)據(jù)輸出實驗
實驗2：移位實驗 （位左移；位右移）
（4）微程序計數(shù)器UPC 實驗
實驗1：uPC 加一實驗
實驗2：uPC 打入實驗
（5）PC 實驗
實驗1：PC 加一實驗
實驗2：PC 打入驗
（6）存儲器EM 實驗
實驗1：PC/MAR 輸出地址選擇
實驗2：存儲器EM 寫實驗
實驗3：存儲器EM 讀實驗
實驗4：存儲器打入IR指令寄存器/uPC實驗
實驗5：使用實驗儀小鍵盤輸入EM
（7）微程序存儲器UM 實驗
實驗1：微程序存儲器uM 讀出
實驗2：使用實驗儀小鍵盤輸入uM
（8）中斷實驗
（9）模型機綜合實驗（微程序控制器）
實驗1：數(shù)據(jù)傳送實驗/輸入輸出實驗
實驗2：數(shù)據(jù)運算實驗（加/減/與/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
實驗1：組合邏輯控制器
實驗2：用CPLD實現(xiàn)運算器功能
（11）設計指令/微指令系統(tǒng)
（12）模型機擴展實驗
擴展實驗一：用8255 擴展I/O 端口實驗
擴展實驗二：用8253 擴展定時器試驗
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。
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