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高性能计算机组成原理系统结构实验箱

更新时间:2023-09-08

简要描述:

高性能计算机组成原理系统结构实验箱是一款功能强、性能好,软件硬件组成原理实验仪产品,系统电路采用了多片CPLD大大提高了可靠性和功能提升的可能性,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。

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一、概述

高性能计算机组成原理系统结构实验箱一款功能强、性能好,软件硬件组成原理实验仪产品,系统电路采用了多片CPLD大大提高了可靠性和功能提升的可能性,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。
高性能计算机组成原理系统结构实验箱特点:

1)结构清晰

实时监视器各单元部件都以计算机结构模型布局,清晰明了,各寄存器、部件均有 8 位数据指示灯显示其二进制值,两个8 段码LED 显示其十六进制值,清楚明了,两个数据流方向指示灯,以直观反映当前数据值及该数据从何处输出,而又是被何单元接收的。

这是该产品“实时监视器",使得系统在实验时即使不借助PC 机,也可实时监控数据流状态及正确与否,改变了其它实验设备为监控状态必须加入读操作的不真实实验方法,使得学生十分容易认识和理解计算机组成结构。实验系统各部件可以通过J1、J2、J3 座之间不同的连线组合,可进行各部件独立的实验,也可进行各部件组合实验,再通过与控制线的组合,就可构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机。
2)开放式设计

实验系统的软硬件对用户的实验设计具有开放性。与众不同的是:SNX-68M各实验模块的数据线、地址线与系统之间的挂接是通过三态门,而不是其它实验设备所采用的扁平连线方法,而数据线、地址线是否要与系统连通,则由用户连线控制,这样,就真实的再现了计算机工作步骤。需要强调指出的是:用“连线跨接"并不能说明其开放特性,而所谓的开放性应指的是运算器、控制器及微程序的格式及定义能否进行修改和重新设计

SNX-68M系统的运算器采用了代表现代科技的EDA 技术设计,随机出厂时,已提供一套已装载的方案,能进行加、减、与、或、带进位加、带进位减、取反、直通八种运算方式,若用户不满意该套方案,也可自行重新设计并通过JTAG 口下载。控制器微格式及定义可通过键盘和PC 机进行重新设计,从而产生与众不同的指令系统。系统的数据线、地址线、控制线均在总线插孔区引出,并设计了40 芯锁进插座,供用户进行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的扩展实验。系统提供的两种控制器之一的组合逻辑控制器已下载有一套完整的实验方案,用户也可使用CPLD 工具在PC 机上进行自动化设计。

开放式设计的特点还在于,用户可以设计自己的指令/微指令系统。系统中已带有两套指令/微程序系统,用户可参照来设计新的指令/微程序系统。
3)支持中断实验

采用最底层的器件设计而非有些产品所采用的集成器件 8259,从而让学生可以从微程序层面上学习中断请求、中断响应、中断处理、中断入口地址的产生、中断服务程序及中断返回(RETI)整个过程。专家指出:“中断"是单片机、微机、DSP 等学科中重要功能,故应在计算机原组成原理这门基础学科中对其进行充分的学习和实验。
(4) 两种控制器方式

系统提供两种控制器方式,即微程序控制器和组合逻辑控制器。在微程序控制器中,系统能提供在线编程,实时修改程序,显示程序并调试进行的操作环境。组合逻辑控制器,已下载有一套完整的实验方案,用户也可使用CPLD 工具在PC 机上进行自动化设计。微程序控制器和组合逻辑控制器两种类型都有流水和非流水两种方案。
5) 三种工作方式

1、手动方式——不连PC 机,通过SYSNX-68M实验仪的开关输入信号进行实验,用LCD 及各部件的8 个状态LED,两个LED 数码管观察运行状态和结果,手动进行实验;

2、联机方式——连PC 机,通过WINDOWS 调试环境及图形方式进行更为直观的实验。在WINDOWS 调试环境中提供了功能强大的逻辑分析和跟踪功能,既可以以波形的方式显示各逻辑关系,也可在跟踪器中,观察到当前状态的说明及提示;

3、脱机方式——不连PC 机,通过SYSNX-68M实验仪的键盘输入程序、微程序,用LCD 及各部件的8 个状态LED,两个LED 数码管观察运行状态和结果,手动进行实验;
6)完善的寻址方式

累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址、存储器寻址;
7)逻辑分析仪

对于教师而言,不难体会要讲清时序关系是不容易的。而学生理解并利用时序关系则难上加难。而由于现代集成技术的迅猛发展,在实际工作中需要更多的利用逻辑分析工具进行时序分析。SYSNX-68M计算机组成原理与系统结构教学实验系统具备高性能逻辑分析功能,老师可通过电化教学设备向学生现场展示指令与时序的关系,可让学生在实验时直观地观测到指令与时序的关系,可有效的提高教学效果。
8)丰富的调试手段,具有单步、微单步、运行、暂停等功能。
9)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。
10)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。
、系统组成

系统由实验主板、调试软件、内置开关电源组成。

实验主板有:累加器A,暂存器W,寄存器组R0—R3,运算器ALU,直通D/左移L/右移R单元,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UM,组合逻辑控制单元,三总线接口,扩展座、二进制开关电平输出/显示,逻辑笔、管理单片机、4×6键盘,字符式LCD,RS232通讯接口。
、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)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)~(11)为微程序或组合逻辑控制。

 


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