TW-X33八位/十六位計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)儀

該產(chǎn)品是研制開(kāi)發(fā)的一款八位/十六位兼容設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)儀，系統(tǒng)由八位機(jī)主板和十六位機(jī)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)板組成，主板以八位機(jī)模式，用TTL74系列器件加多片在線可編程CPLD構(gòu)建模型機(jī)部件，大大提高了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可靠性和二次開(kāi)發(fā)的靈活性,讓學(xué)生以可視方式觀察CPU內(nèi)各部件工作過(guò)程和模型機(jī)的實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)板以十六位機(jī)模式，用12萬(wàn)門FPGA芯片構(gòu)建模型機(jī)所有部件，并配置64K×16位存儲(chǔ)器，通過(guò)VHDL語(yǔ)言編程，可設(shè)計(jì)16位機(jī)的部件和模型機(jī)，學(xué)生將設(shè)計(jì)好的電路下載到FPGA芯片上，實(shí)現(xiàn)16位機(jī)的部件和模型機(jī)功能；也可完成其它設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在對(duì)八位機(jī)了解的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生對(duì)十六位計(jì)算機(jī)組成原理有更深刻的理解，為FPGA設(shè)計(jì)CPU打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。滿足不同層次的教學(xué)的需求。

一、性能特點(diǎn)

（1）優(yōu)化的硬件設(shè)計(jì)，充分展示計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型，每個(gè)模塊均有數(shù)碼管實(shí)時(shí)監(jiān)視，模塊間線條明快，數(shù)據(jù)/指令流向一目了然。

（2）完善的硬件配置，實(shí)驗(yàn)電路以分立器件為主，同時(shí)配備CPLD，支持部分模塊的重構(gòu)。

（3）開(kāi)放的軟硬件設(shè)計(jì)，支持用戶新建指令/微指令的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（4）控制器的有機(jī)結(jié)合，只需撥動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，就可實(shí)現(xiàn)微程序或組合邏輯控制的切換。

（5）提供多種工作方式，支持手動(dòng)、脫機(jī)、聯(lián)機(jī)。

（6）提供三總線接口和鎖緊插座，支持I/O擴(kuò)展。

（7）提供多種指令系統(tǒng)，支持基本模型機(jī)、指令流水線、RISC模型機(jī)實(shí)驗(yàn)。

（8）強(qiáng)大的指令功能，支持多種尋址方式和中斷、子程序調(diào)用等。

（9）豐富的調(diào)試手段，具有單步、微單步、運(yùn)行、暫停等功能。

（10）提供聯(lián)機(jī)調(diào)試軟件，自帶編譯器、支持匯編語(yǔ)言源程序調(diào)試，圖形化動(dòng)態(tài)顯示計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型的數(shù)據(jù)/指令流向,操作歷史記錄狀態(tài)顯示，方便用戶查找歷史記錄。

（11）實(shí)驗(yàn)儀提供LCD液晶顯示，通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀或PC機(jī)鍵盤,在線動(dòng)態(tài)修改寄存器、程序/微程序計(jì)數(shù)器、程序/微程序存貯器的內(nèi)容。

（12）系統(tǒng)可選配十六位擴(kuò)展卡，可做十六位的組成原理實(shí)驗(yàn)。該十六位擴(kuò)展卡提供示例程序。數(shù)據(jù)和地址均為十六位，是真正的16位機(jī)。

（13）系統(tǒng)可保存文件和調(diào)入文件，并提供PC機(jī)下載。

二、詳細(xì)組成

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

配有USB和串口兩種通信方式，用戶可以根據(jù)需要切換開(kāi)關(guān)選擇任何一種。

實(shí)驗(yàn)主板有：累加器A，暫存器W，運(yùn)算器ALU，直通D/左移L/右移R單元，寄存器組R0—R3，中斷向量IA，堆棧ST，程序計(jì)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uEM，組合邏輯控制單元，三總線接口，40芯鎖緊擴(kuò)展座、二進(jìn)制開(kāi)關(guān)電平輸出/顯示，邏輯筆、管理單片機(jī)89S52、4×6鍵盤，字符式LCD，RS232/USB通訊接口，十六位機(jī)擴(kuò)展接口， 通信選擇開(kāi)關(guān)等。

三、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)

（5）PC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) 設(shè)計(jì)指令/微指令系統(tǒng).

(12) 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)(選配芯片）

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(shí)器實(shí)驗(yàn)

注：實(shí)驗(yàn)（1）…（8）為手動(dòng)微代碼控制，（9）…（12）為微程序或組合邏輯控制。