计算机组成原理实验设备与实验箱的区别
一、计算机组成原理实验箱简介：
计算机组成原理实验箱是我公司吸收了国内先进的计算机组成原理实验仪的优点,研制开发的一款八位、十六位兼容设计的计算机组成原理和系统结构实验仪，系统由八位机主板和十六位机扩展实验板组成，主板以八位机模式，用TTL74系列器件加多片在线可编程CPLD构建模型机部件，大大提高了实验系统可靠性和二次开发的灵活性,让学生以可视方式观察CPU内各部件工作过程和模型机的实现。扩展实验板以十六位机模式，用12万门EP1C6芯片构建模型机所有部件，并配置64K×16位存储器，通过VHDL语言编程，可设计16位机的部件和模型机，学生将设计好的电路下载到FPGA芯片上，实现16位机的部件和模型机功能；也可完成其它设计性实验和课程设计实验。在对八位机了解的基础上，让学生对十六位计算机组成原理有更深刻的理解，实现质的飞跃，为FPGA设计CPU打下坚实基础。满足不同层次的教学的需求。
计算机组成原理实验设备简介
本实验设备是计算机组成原理及微机接口及应用的综合实验台，规格：160×75×78cm。二者组合在一个实验台上，提高了规划化程度，管理水平，资源共享，节省资金，节省实验室，减少管理人员，是学校的理想教学设备。
计算机组成原理部分：
硬软件配置相对完整、可支持8位或16位字长、可以选用组合逻辑控制器或微程序控制方案、文字与图纸资料相对齐全、主要用于“计算机组成原理”课程的教学与实验的计算机系统。
该系统是一台硬件组成相对完备的计算机系统，CPU、主存、I/O接口及总线等有一定的典型性，并能驱动最常用的计算机输入/输出设备，用户可把该机的组成与设计，作为计算机组成原理课程授课的实例内容，理论联系实际，保证课程各主要章节教学内容的理论深度和较高的实用性。
该系统提供计算机组成原理课所要求的教学实验功能，实验手段实用先进，学生可深入到计算机CPU内部，查看、测试各主要信号与部件工作状态，修改已实现的设计，增加自己新的设计，达到“亲口尝梨”的效果，并充许学生从头完成另一套全新设计。能有效提高学生学习兴趣，培养学生设计与动手实践的基本技能，增强学生的创新意识。
该系统有很高的易学易用性。这主要体现在以下诸方面：
该系统中的硬软件组成是最小配置，体现的是计算机硬件系统组成的基本原理和基础知识，不过多地涉及系统性能完善及合理性等问题。这包括小巧的指令系统，最小的监控程序，简单的控制设计，小的主存和简单的输入/输出接口等。
该系统的物理结构设计成全暴露方式。全部线路做在一、二块印制电路板上，以互不遮盖方式插接在一起；全部线路芯片以芯片插座与线路板连接；逻辑线路按功能部件划分在印制板的不同区域；主板上安装有一定数量的开关、按键与指示灯；线路板上布有适当的量测孔，一定数量的跳线夹，用以人为设置机器故障可变更设计。
该系统提供适当的软件支持与常规输入/输出外设接入支持，它即是学习计算机组成原理知识的必备部分，也提供了完成多项教学实验的最先进的实验手段。配备适当的软件系统是我们突出强调的重要目标之一。
该系统提供最齐全的设计、实现、操作使用的资料。这是保证教师与学生在教学过程中用好、学好有关知识的重要条件。包括全部图纸、器件清单、印制板上的器件布局、可编程器件的逻辑内容，指令格式与功能，微指令格式及微程序清单，组合逻辑的指令执行流程表化简后的全部程序、交叉汇编程序源程序清单。
微机接口及应用部分：
通用微机接口实验系统适用于86系列微机原理课程，综合了各学校讲课及实验老师的
意见，增添了系统的开放能力和灵活性。为提高学生独立思维和动手能力，对计算机硬件要求较高的专业，提供了开放的实验平台并新增加了微机控制实验，使这门课程的实验更加深入完整。为适合基础教学的需要，增添了数字电路的实验线路，可进行TTL集成电路的实验。这一崭新的系统实现了专业基础课（数字电路）、专业课（微机原理）、课程设计和毕业设计（微机应用）的三合一，真正做到了一机多用。
本系统如与微机结合，充分利用了微机自身的软件、硬件的强大功能和丰富资源，学生在实验时可通过微机键盘直接输入汇编语言程序（8088或8086）或C语言等其他高级语言程序，并可随意调试更改，控制程序运行。实验电路的连接，采用了国家专利获奖产品“自锁紧”插座及导线，使接线更方便、接触更可靠、使用更耐久。
配合本系统，我们特为教师提供了教师实验指导书，书中对上述二十多个实验都写有实验目的，实验电路以及汇编语言和C语言的参考程序清单（提供程序软盘），供教师参考，减轻了教师备课和辅导实验的工作量。此外还提供参考教材和学生用实验指导书。
二、系统特点
（1）先进的硬件设计，充分展示计算机结构模型，每个模块均有数码管实时监视，模块间线条明快，数据/指令流向一目了然。
（2）完善的硬件配置，实验电路以分立器件为主，同时配备CPLD，支持部分模块的重构。
（3）开放的软硬件设计，支持用户新建指令/微指令的系统设计。
（4）控制器的有机结合，只需拨动选择开关，就可实现微程序或组合逻辑控制的切换。
（5）提供多种工作方式，支持手动、脱机、联机。
（6）提供三总线接口和锁紧插座，支持I/O扩展。
（7）提供多种指令系统，支持基本模型机、指令流水线、RISC模型机实验。
（8）强大的指令功能，支持多种寻址方式和中断、子程序调用等。
（9）丰富的调试手段，具有单步、微单步、运行、暂停等功能。
（10）提供联机调试软件，自带编译器、支持汇编语言源程序调试，图形化动态显示计算机结构模型的数据/指令流向,操作历史记录状态显示，方便用户查找历史记录。
（11）提供30路逻辑分析波形图（示波器）,可让学生在实验时实时地观测到指令与时序的关系，可有效的提高教学效果。
（12）实验仪提供LCD液晶显示，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。
（13）系统可选配十六位扩展卡，可做十六位的组成原理实验。该十六位扩展卡提供示例程序。数据和地址均为十六位，是真正的16位机。十六位机特点：
1、AT89S52单片机，主要用于接收PC机命令，完成16位程序存储器读写，管理模型机运行、暂停等功能。
2、ISPLSI1032E是逻辑控制芯片，负责单片机和模型机总线切换。
3、EP1C6是模型机主控芯片，相应管脚已连好，IDC2是EP1C6芯片的下载接口，再配合FPGA实验板的PC机调试软件，可方便地进行各种实验。
4、IDT71V016是64K×16位存储器，是模型机的程序存储器，能保存大容量程序。
5、四位8段数码管，用于显示模型机内部寄存器、总线的值，在设计时可将需要观察的内部寄存器、总线值送A，再通过OUT指令送到数码管显示。两只GAL16V8是四位数码管16进制译码。
6、L7～L0是8个发光二极管，用于显示模型机内部状态，例如：进位标志、零标志、中断申请标志等。
7、K0（7…0）～K4（7…0）是40个开关，用于输入外部信号，例如，在做单步实验时，这些开关可用来输入地址总线值、数据总线值、控制信号等。
8、EP1C6右方的EX1座表示38个扩展的IO信号,当实验中需要另外的输入输出脚时可以使用这些扩展脚。
9、提供FPGA实验板和PC机调试软件。
（14）系统可保存文件和调入文件，并提供PC机下载。
三、计算机组成原理实验箱组成
系统由实验主板、仿真调试软件、内置开关电源组成。
配有USB和串口两种通信方式，用户可以根据需要切换开关选择任何一种。
实验主板有：累加器A，暂存器W，运算器ALU，直通D/左移L/右移R单元，寄存器组R0—R3，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uEM，组合逻辑控制单元，三总线接口，40芯锁紧扩展座、二进制开关电平输出/显示，逻辑笔、管理单片机89S52、4×6键盘，字符式LCD，RS232/USB通讯接口，十六位机扩展接口，通信选择开关。
计算机组成原理实验设备组成：
计算机组成原理单元
1、机器字长8位或16位，即运算器、主存、数据总线均可以是8位或16位，但地址总线都是16位。
2、指令系统，基本指令系统分为8位或16位两种，支持多种基本寻址方式。其中一部分指令已实现，用于设计监控程序和用户的常规汇编程序，尚保留多条指令供实验者自己实现。请注意，由8位字长和16位字长分别构成的是两套完全不同的指令系统，甚至于都很难考虑它们之间的兼容性，故由8位字长或16位字长组成的是两种完全不同的计算机系统。
3、主存最大寻址空间是36K字节（8位机）或18K字节（16位机），基本容量为8K（字节或16位的字）容量的ROM和2K（字节或16位的字）容量的RAM存储区域。还可以进一步的完成容量扩展的教学实验。
4、原理上讲，主振可在几百KHZ～2MHZ之间的选择。
5、运算器由2片或4片位片结构器件级联而成，片间用串行进位方式传递进位信号。ALU实现8种算术与逻辑运算功能，内部包括16个双端口读出、单端口写入的通用寄存器，和一个能够自行移位的乘商寄存器。设置C（进位）、Z（结果为0）、V（溢出）和S（符号位）四个状态标志位。
6、控制器采用微程序和硬布线两种控制方案实现，可由实验者自行选择。实验人员可方便地修改已有设计，或加进若干条自己设计与实现的新指令，新老指令同时运行。
7、主机上安装有一路INTEL8251串行接口，可直接接计算机终端，或接入一台PC机作为自己的仿真终端。选用了MAX202倍压线路，以避免使用+12V和-12V电源。
8、在主板上设置了一定扩展实验用的器件插座，提供扩展内存和各种输入/输出接口实验所需的地址、数据的控制等信号，以便支持在主板上完成这种扩展实验。
9、在主板的右一角位置，设置了完成中断教学实验的全套扩展实验。
10、在主板上设置有一些拨数开关和微型开关、按键和指示灯，支持最低层的手工操作方式的输入/输出和机器调试。板上还有支持教学实验用的一定数量的跳线夹。
11、实验机硬件系统，主要功能部件划分在大一些的水平放置的一块印制电路板的不同区域，微程序控制器的主要部分划分在小一些的垂直插接的一块印制电路板上，所有器件都用插座插接在印制板上，便于更换器件。
12、实验计算机使用单一的5V、最大电流3A的直流模块电源，所耗电流在1.5～2A之间。电源模块安装在水平电路板右上角位置，220V交流电通过电源线插送到电源插座上，并用一个开关控制交流电源的接通或断开。
13、板上安装了很多发光二极管指示灯，用于显示重要的数据或控制信号的状态。
微机接口及应用单元：
1、系统组成：一块PC总线扩展卡、一块主板、键盘显示实验板及连接电缆。
2、实验内容：I/O地址译码、8255、8253、ADC0809、DAC0832等接口电路；逻辑电平开关、发光二极管显示、七段译码管显示、时钟、信号发生器、逻辑笔等辅助电路。
3、实验插座：一个40芯、二个20芯、一个16芯、二个14芯组件插座供扩展实验电路使用。
4、TTL实验电路：与、或、非、触发器等。
5、+5V、±12V电源盒。
四、计算机组成原理实验箱实验项目
（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)设计指令/微指令系统.
(12)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）-（12）为微程序或组合逻辑控制.
十六位机扩展部分实验☆（可选配,价格1000元）
（13）十六位ALU实验
（14）十六位寄存器实验
（15）十六位寄存器组实验
（16）十六位指令计数器PC实验
（17）中断控制实验
（18）十六位模型机的总体实验
计算机组成原理实验设备实验内容：
计算机组成原理单元
该实验分为基本实验和可选实验，基本实验指学习计算机组成原理课通常要完成的实验项目，通过这些实验可达到学习基本原理和训练基本技能的目的。可选实验是指教学机支持的那些难度较大的需要较长时间完成的实验项目，这些实验可作为课程设计的内容或用作毕业设计的题目。
A、基本实验
1．基础汇编语言程序设计
2．脱机运算器实验
3．组合逻辑控制器实验
4．主存储器实验
5．串行口输入输出实验
6．微程序控制器实验
7．编程序控制器实验
B、可选实验（课程设计、毕业设计）
1、故障诊断的设计与实现
2、用一台正确运行的实验机辅助调试另一台实验机
3、实验机的监控程序、交叉汇编程序的修改与扩充的实验
4、扩充的输入/输出接口、设备与驱动程序的实验
5、设计与实现一套全新指令系统的CPU
6、软盘驱动器的接口与驱动线路实验
微机接口及应用单元
A、第一类：TTL集成电路实验（数字电路课）
1．与、或、非门等门电路实验
2．组合逻辑电路实验（半加器、全加器等）
3．触发器实验（RS、D、JK等）
4．集成计数器及寄存器
5．译码器和数据选择器等
6．单稳态触发器等波形实验
B、趣味性实验及控制实验（微机应用课）
1．竞赛抢答器实验
2．数字录音机实验
3．电子琴实验
4．交通灯控制实验
5．继电器控制实验
6．步进电机控制实验
7．直流小电机控制实验
8．集成电路测试实验
9．8279键盘、显示控制实验
C、第二类：微机接口实验（微机原理课）
1．I/O地址译码实验
2．简单并行接口实验
3．可编程并行口实验（一）（二）
4．串行通讯实验（8251、8250）
5．A/D、D/A转换实验
6．可编程定时器/计数器实验
7．七段数码显示实验
8．中断实验和DMA通讯实验
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