高性能計算機(jī)組成原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱

一、概述

高性能計算機(jī)組成原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱是一款功能強(qiáng)、性能好，軟件硬件組成原理實(shí)驗(yàn)儀產(chǎn)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(yùn)行圖表和多類幫助信息，使教學(xué)的過程輕松自如。
二、高性能計算機(jī)組成原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)清晰

實(shí)時監(jiān)視器各單元部件都以計算機(jī)結(jié)構(gòu)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(jìn)制值，兩個8 段碼LED 顯示其十六進(jìn)制值，清楚明了，兩個數(shù)據(jù)流方向指示燈，以直觀反映當(dāng)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(chǎn)品“實(shí)時監(jiān)視器",使得系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)時即使不借助PC 機(jī)，也可實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)流狀態(tài)及正確與否,改變了其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備為監(jiān)控狀態(tài)必須加入讀操作的不真實(shí)實(shí)驗(yàn)方法，使得學(xué)生十分容易認(rèn)識和理解計算機(jī)組成結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)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(jìn)行各部件獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，也可進(jìn)行各部件組合實(shí)驗(yàn)，再通過與控制線的組合，就可構(gòu)造出不同結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度的原理性計算機(jī)。
（2）開放式設(shè)計

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟硬件對用戶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計具有開放性。與眾不同的是：SNX-68M各實(shí)驗(yàn)?zāi)K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(shí)驗(yàn)設(shè)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(shí)的再現(xiàn)了計算機(jī)工作步驟。需要強(qiáng)調(diào)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(yīng)指的是運(yùn)算器、控制器及微程序的格式及定義能否進(jìn)行修改和重新設(shè)計

SNX-68M系統(tǒng)的運(yùn)算器采用了代表現(xiàn)代科技的EDA 技術(shù)設(shè)計，隨機(jī)出廠時，已提供一套已裝載的方案，能進(jìn)行加、減、與、或、帶進(jìn)位加、帶進(jìn)位減、取反、直通八種運(yùn)算方式，若用戶不滿意該套方案，也可自行重新設(shè)計并通過JTAG 口下載?？刂破魑⒏袷郊岸x可通過鍵盤和PC 機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計，從而產(chǎn)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(shè)計了40 芯鎖進(jìn)插座，供用戶進(jìn)行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)方案，用戶也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動化設(shè)計。

開放式設(shè)計的特點(diǎn)還在于，用戶可以設(shè)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(shè)計新的指令/微程序系統(tǒng)。
（3）支持中斷實(shí)驗(yàn)

采用最底層的器件設(shè)計而非有些產(chǎn)品所采用的集成器件 8259，從而讓學(xué)生可以從微程序?qū)用嫔蠈W(xué)習(xí)中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷入口地址的產(chǎn)生、中斷服務(wù)程序及中斷返回（RETI）整個過程。專家指出：“中斷"是單片機(jī)、微機(jī)、DSP 等學(xué)科中重要功能，故應(yīng)在計算機(jī)原組成原理這門基礎(chǔ)學(xué)科中對其進(jìn)行充分的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)。
(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(shí)時修改程序，顯示程序并調(diào)試進(jìn)行的操作環(huán)境。組合邏輯控制器，已下載有一套完整的實(shí)驗(yàn)方案，用戶也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動化設(shè)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(jī)，通過SYSNX-68M實(shí)驗(yàn)儀的開關(guān)輸入信號進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用LCD 及各部件的8 個狀態(tài)LED，兩個LED 數(shù)碼管觀察運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果，手動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

2、聯(lián)機(jī)方式——連PC 機(jī)，通過WINDOWS 調(diào)試環(huán)境及圖形方式進(jìn)行更為直觀的實(shí)驗(yàn)。在WINDOWS 調(diào)試環(huán)境中提供了功能強(qiáng)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(guān)系，也可在跟蹤器中，觀察到當(dāng)前狀態(tài)的說明及提示；

3、脫機(jī)方式——不連PC 機(jī)，通過SYSNX-68M實(shí)驗(yàn)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(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果，手動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；
（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）邏輯分析儀

對于教師而言，不難體會要講清時序關(guān)系是不容易的。而學(xué)生理解并利用時序關(guān)系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術(shù)的迅猛發(fā)展，在實(shí)際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進(jìn)行時序分析。SYSNX-68M計算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具備高性能邏輯分析功能，老師可通過電化教學(xué)設(shè)備向?qū)W生現(xiàn)場展示指令與時序的關(guān)系，可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時直觀地觀測到指令與時序的關(guān)系，可有效的提高教學(xué)效果。
（8）豐富的調(diào)試手段，具有單步、微單步、運(yùn)行、暫停等功能。
（9）通過實(shí)驗(yàn)儀或PC機(jī)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(nèi)容。
（10）通過實(shí)驗(yàn)儀或PC機(jī)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(nèi)容。
三、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)主板、調(diào)試軟件、內(nèi)置開關(guān)電源組成。

實(shí)驗(yàn)主板有：累加器A，暫存器W，寄存器組R0—R3，運(yùn)算器ALU，直通D/左移L/右移R單元，中斷向量IA，堆棧ST，程序計數(shù)器PC，地址寄存器MAR，輸入IN，輸出OUT，存貯器EM，微地址UPC，指令寄存器IR，微程序控制器UM，組合邏輯控制單元，三總線接口，擴(kuò)展座、二進(jìn)制開關(guān)電平輸出/顯示，邏輯筆、管理單片機(jī)、4×6鍵盤，字符式LCD，RS232通訊接口。
四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
（1）寄存器讀寫實(shí)驗(yàn)
（2）運(yùn)算器八種運(yùn)算實(shí)驗(yàn)
（3）數(shù)據(jù)輸出/移位實(shí)驗(yàn)
（4）UPC實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1：UPC加1實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：UPC打入實(shí)驗(yàn)
（5）PC實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1：PC加1實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：PC打入實(shí)驗(yàn)
（6）存貯器讀寫實(shí)驗(yàn)
（7）微程序讀寫實(shí)驗(yàn)
（8）中斷實(shí)驗(yàn)
（9）模型機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)（微程控制器）
實(shí)驗(yàn)1：數(shù)據(jù)傳送/輸入/輸出實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)（加/減法/或）
實(shí)驗(yàn)3：移位/取反實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4：轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5：調(diào)用實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)6：中斷實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)7：指令流水實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)8：RISC模型機(jī)
（10）組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)
（11）擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1：8255擴(kuò)展I/O口實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：8253擴(kuò)展定時器實(shí)驗(yàn)
注：實(shí)驗(yàn)（1）～（8）為手動微代碼控制，（9）～（11）為微程序或組合邏輯控制。