HL-CPTH+ 八位、十六位计算机组成原理与系统结构实验仪

一、系统简介

    CPTH+是我公司吸收了的计算机组成原理实验仪的优点,研制开发的一款八位、十六位兼容设计的计算机组成原理和系统结构实验仪，系统由八位机主板和十六位机扩展实验板组成，主板以八位机模式，用TTL74系列器件加多片在线可编程CPLD构建模型机部件，大大提高了实验系统可靠性和二次开发的灵活性,让学生以可视方式观察CPU内各部件工作过程和模型机的实现。扩展实验板以十六位机模式，用12万门EP1C6芯片构建模型机所有部件，并配置64K×16位存储器，通过VHDL语言编程，可设计16位机的部件和模型机，学生将设计好的电路下载到FPGA芯片上，实现16位机的部件和模型机功能；也可完成其它设计性实验和课程设计实验。在对八位机了解的基础上，让学生对十六位计算机组成原理有更深刻的理解，实现质的飞跃，为FPGA设计CPU打下坚实基础。满足不同层次的教学的需求。系统软件提供了详尽的信息窗口、运行图表和多类帮助信息,使教学的过程轻松自如。

二、系统特点

（1）的硬件设计，充分展示计算机结构模型，每个模块均有数码管实时监视，模块间线条明快，数据/指令流向一目了然。

（2）完善的硬件配置，实验电路以分立器件为主，同时配备CPLD，支持部分模块的重构。

（3）开放的软硬件设计，支持用户新建指令/微指令的系统设计。

（4）控制器的有机结合，只需拨动选择开关，就可实现微程序或组合逻辑控制的切换。

（5）提供多种工作方式，支持手动、脱机、联机。

（6）提供三总线接口和锁紧插座，支持I/O扩展。

（7）提供多种指令系统，支持基本模型机、指令流水线、RISC模型机实验。

（8）强大的指令功能，支持多种寻址方式和中断、子程序调用等。

（9）丰富的调试手段，具有单步、微单步、运行、暂停等功能。

（10）提供联机调试软件，自带编译器、支持汇编语言源程序调试，图形化动态显示计算机结构模型的数据/指令流向,操作历史记录状态显示，方便用户查找历史记录。

（11）提供30路逻辑分析波形图（示波器）,可让学生在实验时实时地观测到指令与时序的关系，可有效的提高教学效果。

（12）实验仪提供LCD液晶显示，通过实验仪或PC机键盘,在线动态修改寄存器、程序/微程序计数器、程序/微程序存贮器的内容。

（13）系统可选配十六位扩展卡，可做十六位的组成原理实验。该十六位扩展卡提供示例程序。数据和地址均为十六位，是真正的16位机。十六位机特点：

1、AT89S52单片机，主要用于接收PC机命令，完成16位程序存储器读写，管理模型机运行、暂停等功能。

    2、ISPLSI1032E是逻辑控制芯片，负责单片机和模型机总线切换。

3、EP1C6是模型机主控芯片，相应管脚已连好，IDC2是EP1C6芯片的下载接口，再配合FPGA实验板的PC机调试软件，可方便地进行各种实验。

    4、IDT71V016是64K×16位存储器，是模型机的程序存储器，能保存大容量程序。

    5、四位8段数码管，用于显示模型机内部寄存器、总线的值，在设计时可将需要观察的内部寄存器、总线值送A，再通过OUT指令送到数码管显示。两只GAL16V8是四位数码管16进制译码。

    6、L7～L0是8个发光二极管，用于显示模型机内部状态，例如：进位标志、零标志、中断申请标志等。

    7、K0（7…0）～K4（7…0）是40个开关，用于输入外部信号，例如，在做单步实验时，这些开关可用来输入地址总线值、数据总线值、控制信号等。

    8、 EP1C6 右方的EX1座表示38 个扩展的IO 信号,当实验中需要另外的输入输出脚时可以使用这些扩展脚。

9、提供FPGA实验板和PC机调试软件。

（14）系统可保存文件和调入文件，并提供PC机下载。

三、系统组成

系统由实验主板、仿真调试软件、内置开关电源组成。

配有USB和串口两种通信方式，用户可以根据需要切换开关选择任何一种。

实验主板有：累加器A，暂存器W，运算器ALU，直通D/左移L/右移R单元，寄存器组R0—R3，中断向量IA，堆栈ST，程序计数器PC，地址寄存器MAR，输入IN，输出OUT，存贮器EM，微地址UPC，指令寄存器IR，微程序控制器uEM，组合逻辑控制单元，三总线接口，40芯锁紧扩展座、二进制开关电平输出/显示，逻辑笔、管理单片机89S52、4×6键盘，字符式LCD，RS232/USB通讯接口，十六位机扩展接口， 通信选择开关。

四、实验项目

（1）寄存器读写实验

（2）运算器八种运算实验

（3）数据输出/移位实验

（4）UPC实验

实验1：UPC加1实验

实验2：UPC打入实验

（5）PC实验

实验1：PC加1实验

实验2：PC打入实验

（6）存贮器读写实验

（7）微程序读写实验

（8）中断实验

（9）模型机综合实验（微程控制器）

实验1：数据传送/输入/输出实验

实验2：数据运算实验（加/减法/或）

实验3：移位/取反实验

实验 4：转移实验

实验 5：调用实验

实验 6：中断实验

实验 7：指令流水实验

实验 8：RISC模型机

(10) 组合逻辑控制器实验

(11) 设计指令/微指令系统.

(12) 扩展实验

实验1：8255扩展I/O口实验

实验 2：8253扩展定时器实验

注：实验（1）…（8）为手动微代码控制，（9）…（12）为微程序或组合逻辑控制.

* 十六位机扩展部分实验

（13）十六位ALU 实验

（14）十六位寄存器实验

（15）十六位寄存器组实验

（16）十六位指令计数器PC 实验

（17）中断控制实验

（18）十六位模型机的总体实验