ZN-CPTH+电脑组成原理系统结构实训设备

一、概述
    ZN-CPTH+电脑组成原理系统结构实训设备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， ZN-CPTH+电脑组成原理系统结构实训设备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 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。 ZN-CPTH+电脑组成原理系统结构实训设备满足不同层次的教学的需求。系统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。

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 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 。 

三、系统组成

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。

四、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）

（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