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LH-C24B 计算机组成原理和体系结构实验系统

1、可完成“数字逻辑”和“计算机组成原理”课程的逻辑电路实验； 2、可完成“计算机组成原理”和“计算机系统结构”课程的CPU实验； 3、配套《计算机组成原理实践教程》由清华大学出版社出版发行。

关键词：

电工、电子、电气、电子信息、计算机硬件和控制类教学实验设备。

所属分类：

LH-C24B计算机组成原理和体系结构实验系统

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LH-C24B 计算机组成原理和体系结构实验系统

LH-C24B 创新型计算机组成原理与体系结构设计系统

一、功能特点

1、可完成“数字逻辑”和“计算机组成原理”课程的逻辑电路实验；

2、可完成“计算机组成原理”和“计算机系统结构”课程的CPU实验；

3、配套《计算机组成原理实践教程》由清华大学出版社出版发行。

二、技术特点

1、系统要求有基础性实验主板和FPGA万能设计桥组成，可以实现虚实结合的实验模式。

2、基于FPGA的实验技术，可以结合教学内容设计实验，便于和课堂教学相配套，改变课堂讲一套、实验做另外一套的状况。既可以支持设计型、创新型实验，也可用设计好的电路进行原理验证型实验，便于实施多层次的实验教学。

3、学生所有的操作都是在计算机的虚拟界面上完成，甚至不需要实验板具有实际的开关按键、指示灯数码管等元件，从而极大地降低了实验板的故障率和日常维护成本。不仅具有真实感的虚拟实验板，并且独创基于原理图的虚拟实验板，使学生将注意力集中在实验原理上，无需将精力消耗在开关等元件与原理的对应上，提高实验效率。

4、实验过程可视化：在虚拟实验板上操作，以信息流方式显示CPU的指令执行过程，如图1所示。

5、支持用户自定义实验内容、自定义虚拟实验板、自定义CPU数据通路。。系统提供虚拟实验板设计工具，用户可为自己的实验定制虚拟实验界面。

图1 可视化的虚拟实验界面

6、模型机实验时，可动态显示实验CPU的运行状态。CPU内部状态通过调试电路传递到用户界面，以数据记录和图形化两种形式显示。高亮显示当前有效的控制信号、变化的数值以及信息流动，方便学生调试设计，加深对指令执行过程的理解。也可用于教学演示。

7、模型机的设计调试支持微指令单步、微指令断点、指令单步、断点、全速等运行方式。可通过软件界面输入、查看和保存控存、主存内容，如图2所示。

图2 模型机的设计调试界面

8、微程序控制或基本多周期MIPS等CISC或RSIC实验CPU的设计调试界面如图3所示;用户可以扩充自己的实验CPU，只需要通过特定的脚本描述CPU的特性即可由实验调试系统可视化显示。

三、系统主要组成

1、基础实验主板

主存储器8K字节，用于存放用户程序和数据；4片4位的算术逻辑单元74LS181功能发生器级联而成运算器模块；双向通用移位寄存器，以实现逻辑移位功能；一个超前进位产生器74LS182；控制器采用微程序方案实现，控存字长为24位，可用最大容量为1024字节，且用电可擦写的E2ROM存储器芯片组成，支持动态微程序设计；24位微程序手动输入并显示模块；手动16位数据输入模块；2位七段数码管以显示程序运行的最后结果；微地址发生器模块和微地址显示模块、微地址控制模块；数据总线显示模块，用于显示数据总线上的动态数据；总线地址显示模块，用于显示地址总线上的动态地址；指令寄存器和地址寄存器模块；大规模 CPLD 和超强单片机作为整机的主控器件，可以在完全自动方式下完成全部部件实验和整机模型机设计实验。

2、FPGA万能设计桥

1）承载片上调试器以及实验电路，连接计算机和基础实验主板。

2）基于FPGA设计技术，由Altera Cyclone IV EP4CE6E、嵌入式STM32和时钟电路、USB通信电路等组成。

3）和电脑的连接采用标准USB接口（非串转USB)。

3、配套软件

1）自设计的实验软件提供操作实验电路的虚拟界面，具有自主知识产权。

2）学生所有的操作都是在计算机的虚拟界面上完成，甚至不需要实验板具有实际的开关按键、指示灯数码管等元件，从而极大地降低了实验板的故障率和日常维护成本。不仅具有真实感的虚拟实验平台，并且独创基于原理图的虚拟实验平台，使学生将注意力集中在实验原理上，无需将精力消耗在开关等元件与原理的对应上，提高实验效率。

3）实验过程可视化：在虚拟实验平台上操作，以信息流方式显示CPU的指令执行过程。

4）支持用户自定义实验内容、自定义虚拟实验平台、自定义CPU数据通路。系统提供虚拟实验平台设计工具，用户可为自己的实验定制虚拟实验界面。

5）模型机实验时，以彩色流程方式可动态显示实验CPU的运行状态。CPU内部状态通过调试电路传递到用户界面，以数据记录和图形化两种形式显示。高亮显示当前有效的控制信号、变化的数值以及信息流动，方便学生调试设计，加深对指令执行过程的理解。也可用于教学演示。

6）模型机的设计调试支持微指令单步、微指令断点、指令单步、断点、全速等运行方式。可通过软件界面输入、查看和保存控存、主存内容。

四、可以实现的实验项目

基础实验项目

1、8位算术逻辑运算实验

2、带进位控制8位算术逻辑运算实验

3、16位算术逻辑运算实验

4、移位运算器实验

5、存储器实验

6、8位微控制器实验

7、基本模型机的设计与实现

8、带移位运算的模型机的设计与实现

9、复杂模型机的设计与实现

10、带移位运算的模型机的设计与实现

11、复杂模型机的设计与实现

创新设计性实验项目

12、密码器设计

13、多功能运算电路设计

14、4位算术逻辑单元设计

15、16位微控制器实验

16、32位数据通路设计

17、32位硬布线控制器设计

18、高速缓冲存储器(Cache)设计

19、中断控制器设计

20、基于CISC和RISC处理器构成的实验计算机的设计与实现

21、用大规模芯片在模型机的基础上设计一个8位输入输出并行接口芯片8212。

22、基于5级流水技术构成模型计算机的实验

五、实验箱配置表

序号	名称	说明	数量
1	LH-C24B实验主机箱	含详细技术指标里全部软硬件	1台
2	杜邦8芯排线	40cm	5根
3	杜邦5芯排线	40cm	2根
4	杜邦4芯排线	40cm	2根
5	交流电源线1根	长1.5米	1根
6	软件光盘	联机调试软件和实验例程	1套
7	实验指导书		1套