唐都新一代计算机组成原理实验箱

新一代计算机组成原理与系统结构教学实验系统

TD-CMA 计算机组成原理与系统结构教学实验系统是西安唐都科教仪器公司推出的新一代计算机组成原理与系统结构教学的实验设备，该系统与以往的产品相比，主要优点有：

（1） 采用了更为先进的计算机部件电路单元，以及更为先进的计算机整机结构设计。

（2） 从部件到整机实验都配有数据通路图实时动态图形调试界面，且都具有单拍、单周期、连续等调试功能；通路图的调试过程也具有保存和回放功能，具有更为优秀的示教效果。

（3） 采用VHDL语言、MAXII系列CPLD器件、以及QuartusII工具来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。

（4） 更为灵活、更为实用的时序发生电路和本地操作台设计。

（5） 先进和完善的系统监测和保护电路设计，使实验平台更易于维护和使用。

一、系统的功能和特点

1．先进丰富的课程内容

采用实时动态图形调试方法，开展计算机组成原理的实验教学，比以往组成原理实验设备增加了并行运算器、Cache高速缓存、CPU设计、外总线接口设计、中断、DMA等实验内容，并可开展CISC、RISC、重叠、流水、超标量等先进计算机结构的设计和实验研究。

2．先进设计方法和开发工具

采用VHDL语言、ALTREA公司最新MAXII系列CPLD器件和先进设计开发工具QUARTUS II来开展设计性的实验。

3．先进的实时动态图形调试方式

系统为各计算机部件（运算器、存储器、控制器）分别提供了实时动态图形调试工具。在模型计算机整机调试方面，系统除提供数据通路图、微程序流程图二种图形调试方式外，还增加了交互式微程序自动生成和当前微指令功能的模拟、系统调试过程的保存及回放等多种先进和实用的调试功能。

4．先进的计算机部件设计

运算器部件由一片CPLD来实现，内含算术、逻辑和移位三个运算部件，各部件独立并行工作，并提供了Cache高速缓存控制器设计实验。

5．开放的控制器部件设计

微程序控制器部件由微程序存储器，微命令寄存器，微地址寄存器，微命令译码器，编程电路等构成，其微指令格式和微指令定义可由用户自行设计确定。也可以使用CPLD构造组合逻辑控制器，实现计算机硬布线控制器的设计。

6．先进的系统总线和总线接口设计

系统提供了先进的系统总线结构，具有与80x86微机类似的系统总线和总线接口设计。总线接口除数据总线和地址总线外，其控制总线是需要根据计算机功能的要求来设计，由此增加了计算机总线接口的设计实验。

7．更为灵活、实用的时序发生电路和操作台设计

   系统提供的时序发生器，其机器周期可以在2节拍和4节拍之间选择。系统的本地操作控制台也是全新的设计。

8．系统电路的保护性设计保证了系统的安全性

系统除了采用了具有抗短路、抗过流的高性能稳压电源来保证产品的安全性外，还增加了总线竞争报警等多处保护性电路设计。

9．系统电路检测功能和实验电路查错功能

提供了系统电路检测功能和实验电路查错功能，既可对系统电路进行维护性检测，还可对实验电路连线的正确与否进行检查，能够精确检查到用户的每一根实验电路连线。

二、主要实验内容

1．运算器及设计实验

（1）基本运算器实验

（2）超前进位加法器设计实验

（3）阵列乘法器设计实验

2．存储系统及设计实验

（1）静态随机存储器实验

（2）Cache控制器设计实验

3．控制器及设计实验

（1）时序发生器设计实验

（2）微程序控制器实验

4．系统总线与总线接口实验

（1）系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验

（2）具有中断控制功能的总线接口设计

（3）具有DMA控制功能的总线接口设计

5．模型计算机的设计实验

（1）CPU与简单模型机设计实验

（2）硬布线控制器模型机设计实验

（3）复杂模型机设计实验

6．输入、输出系统实验

（1）具有中断处理功能的模型计算机设计实验

（2）具有DMA处理功能的模型计算机设计实验

（3）典型I/O接口8253扩展设计实验

7．先进计算机结构的设计及研究实验

（1）基于RISC处理器的模型计算机设计实验

（2）基于重叠技术的模型计算机设计实验

（3）基于流水技术的模型计算机设计实验