主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)研制及性能 2017-04-04

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)研制及性能

概述：該設(shè)備是有機(jī)綜合體，一機(jī)多用，節(jié)省資源，效益顯著。具有很強(qiáng)的開(kāi)放性能、擴(kuò)展性能；實(shí)驗(yàn)臺(tái)外形規(guī)格：160×75×78cm。二者組合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，提高了規(guī)劃化程度，管理水平，資源共享，節(jié)省資金，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室，減少管理人員，是學(xué)校上規(guī)模、上檔次的理想選擇。
▲ 計(jì)算機(jī)組成原理部分：
硬軟件配置相對(duì)完整、可支持8位或16位字長(zhǎng)、可以選用組合邏輯控制器或微程序控制方案、文字與圖紙資料相對(duì)齊全、主要用于“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)是一臺(tái)硬件組成相對(duì)完備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CPU、主存、I/O接口及總線等有一定的典型性，并能驅(qū)動(dòng)最常用的計(jì)算機(jī)輸入/輸出設(shè)備，用戶可把該機(jī)的組成與設(shè)計(jì)，作為計(jì)算機(jī)組成原理課程授課的實(shí)例內(nèi)容，理論聯(lián)系實(shí)際，保證課程各主要章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的理論深度和較高的實(shí)用性。
該系統(tǒng)提供計(jì)算機(jī)組成原理課所要求的教學(xué)實(shí)驗(yàn)功能，實(shí)驗(yàn)手段實(shí)用先進(jìn)，學(xué)生可深入到計(jì)算機(jī)CPU內(nèi)部，查看、測(cè)試各主要信號(hào)與部件工作狀態(tài)，修改已實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)，增加自己新的設(shè)計(jì)，達(dá)到“親口嘗梨”的效果，并充許學(xué)生從頭完成另一套全新設(shè)計(jì)。能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與動(dòng)手實(shí)踐的基本技能，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
該系統(tǒng)有很高的易學(xué)易用性。這主要體現(xiàn)在以下諸方面：
該系統(tǒng)中的硬軟件組成是最小配置，體現(xiàn)的是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)，不過(guò)多地涉及系統(tǒng)性能完善及合理性等問(wèn)題。這包括小巧的指令系統(tǒng)，最小的監(jiān)控程序，簡(jiǎn)單的控制設(shè)計(jì)，小的主存和簡(jiǎn)單的輸入/輸出接口等。
該系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成全暴露方式。全部線路做在一、二塊印制電路板上，以互不遮蓋方式插接在一起；全部線路芯片以芯片插座與線路板連接；邏輯線路按功能部件劃分在印制板的不同區(qū)域；主板上安裝有一定數(shù)量的開(kāi)關(guān)、按鍵與指示燈；線路板上布有適當(dāng)?shù)牧繙y(cè)孔，一定數(shù)量的跳線夾，用以人為設(shè)置機(jī)器故障可變更設(shè)計(jì)。
該系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)能浖С峙c常規(guī)輸入/輸出外設(shè)接入支持，它即是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理知識(shí)的必備部分，也提供了完成多項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段。配備適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)是我們突出強(qiáng)調(diào)的重要目標(biāo)之一。
該系統(tǒng)提供最齊全的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、操作使用的資料。這是保證教師與學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中用好、學(xué)好有關(guān)知識(shí)的重要條件。包括全部圖紙、器件清單、印制板上的器件布局、可編程器件的邏輯內(nèi)容，指令格式與功能，微指令格式及微程序清單，組合邏輯的指令執(zhí)行流程表化簡(jiǎn)后的全部程序、交叉匯編程序源程序清單。
▲ 微機(jī)接口及應(yīng)用部分：
通用微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)適用于86系列微機(jī)原理課程，綜合了各學(xué)校講課及實(shí)驗(yàn)老師的意見(jiàn)，增添了系統(tǒng)的開(kāi)放能力和靈活性。為提高學(xué)生獨(dú)立思維和動(dòng)手能力，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求較高的專(zhuān)業(yè)，提供了開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并新增加了微機(jī)控制實(shí)驗(yàn)，使這門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)更加深入完整。為適合基礎(chǔ)教學(xué)的需要，增添了數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)線路，可進(jìn)行TTL集成電路的實(shí)驗(yàn)。這一嶄新的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課（數(shù)字電路）、專(zhuān)業(yè)課（微機(jī)原理）、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（微機(jī)應(yīng)用）的三合一，真正做到了一機(jī)多用。
本系統(tǒng)如與微機(jī)結(jié)合，充分利用了微機(jī)自身的軟件、硬件的強(qiáng)大功能和豐富資源，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)可通過(guò)微機(jī)鍵盤(pán)直接輸入?yún)R編語(yǔ)言程序（8088或8086）或C語(yǔ)言等其他高級(jí)語(yǔ)言程序，并可隨意調(diào)試更改，控制程序運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)電路的連接，采用了國(guó)家專(zhuān)利獲獎(jiǎng)產(chǎn)品“自鎖緊”插座及導(dǎo)線，使接線更方便、接觸更可靠、使用更耐久。
配合本系統(tǒng)，我們特為教師提供了教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，書(shū)中對(duì)上述二十多個(gè)實(shí)驗(yàn)都寫(xiě)有實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)電路以及匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的參考程序清單（提供程序軟盤(pán)），供教師參考，減輕了教師備課和輔導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的工作量。此外還提供參考教材和學(xué)生用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。
二、計(jì)算機(jī)組成原理.微機(jī)接口及應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)指標(biāo)與配置：
▲ 計(jì)算機(jī)組成原理單元
1、機(jī)器字長(zhǎng)8位或16位，即運(yùn)算器、主存、數(shù)據(jù)總線均可以是8位或16位，但地址總線都是16位。
2、指令系統(tǒng)，基本指令系統(tǒng)分為8位或16位兩種，支持多種基本尋址方式。其中一部分指令已實(shí)現(xiàn)，用于設(shè)計(jì)監(jiān)控程序和用戶的常規(guī)匯編程序，尚保留多條指令供實(shí)驗(yàn)者自己實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)注意，由8位字長(zhǎng)和16位字長(zhǎng)分別構(gòu)成的是兩套完全不同的指令系統(tǒng)，甚至于都很難考慮它們之間的兼容性，故由8位字長(zhǎng)或16位字長(zhǎng)組成的是兩種完全不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
3、主存最大尋址空間是36K字節(jié)（8位機(jī)）或18K字節(jié)（16位機(jī)），基本容量為8K（字節(jié)或16位的字）容量的ROM和2K（字節(jié)或16位的字）容量的RAM存儲(chǔ)區(qū)域。還可以進(jìn)一步的完成容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
4、原理上講，主振可在幾百KHZ～2MHZ之間的選擇。
5、運(yùn)算器由2片或4片位片結(jié)構(gòu)器件級(jí)聯(lián)而成，片間用串行進(jìn)位方式傳遞進(jìn)位信號(hào)。ALU實(shí)現(xiàn)8種算術(shù)與邏輯運(yùn)算功能，內(nèi)部包括16個(gè)雙端口讀出、單端口寫(xiě)入的通用寄存器，和一個(gè)能夠自行移位的乘商寄存器。設(shè)置C（進(jìn)位）、Z（結(jié)果為0）、V（溢出）和S（符號(hào)位）四個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位。
6、控制器采用微程序和硬布線兩種控制方案實(shí)現(xiàn)，可由實(shí)驗(yàn)者自行選擇。實(shí)驗(yàn)人員可方便地修改已有設(shè)計(jì)，或加進(jìn)若干條自己設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的新指令，新老指令同時(shí)運(yùn)行。
7、主機(jī)上安裝有一路INTEL8251串行接口，可直接接計(jì)算機(jī)終端，或接入一臺(tái)PC機(jī)作為自己的仿真終端。選用了MAX202倍壓線路，以避免使用+12V和-12V電源。
8、在主板上設(shè)置了一定擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)用的器件插座，提供擴(kuò)展內(nèi)存和各種輸入/輸出接口實(shí)驗(yàn)所需的地址、數(shù)據(jù)的控制等信號(hào)，以便支持在主板上完成這種擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。
9、在主板的右一角位置，設(shè)置了完成中斷教學(xué)實(shí)驗(yàn)的全套擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。
10、在主板上設(shè)置有一些撥數(shù)開(kāi)關(guān)和微型開(kāi)關(guān)、按鍵和指示燈，支持最低層的手工操作方式的輸入/輸出和機(jī)器調(diào)試。板上還有支持教學(xué)實(shí)驗(yàn)用的一定數(shù)量的跳線夾。
11、實(shí)驗(yàn)機(jī)硬件系統(tǒng)，主要功能部件劃分在大一些的水平放置的一塊印制電路板的不同區(qū)域，微程序控制器的主要部分劃分在小一些的垂直插接的一塊印制電路板上，所有器件都用插座插接在印制板上，便于更換器件。
12、實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)使用單一的5V、最大電流3A的直流模塊電源，所耗電流在1.5～2A之間。電源模塊安裝在水平電路板右上角位置，220V交流電通過(guò)電源線插送到電源插座上，并用一個(gè)開(kāi)關(guān)控制交流電源的接通或斷開(kāi)。
13、板上安裝了很多發(fā)光二極管指示燈，用于顯示重要的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)的狀態(tài)。
▲微機(jī)接口及應(yīng)用單元：
1、系統(tǒng)組成：一塊PC總線擴(kuò)展卡、一塊主板、鍵盤(pán)顯示實(shí)驗(yàn)板及連接電纜。
2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：I/O地址譯碼、8255、8253、ADC0809、DAC0832等接口電路；邏輯電平開(kāi)關(guān)、發(fā)光二極管顯示、七段譯碼管顯示、時(shí)鐘、信號(hào)發(fā)生器、邏輯筆等輔助電路。
3、實(shí)驗(yàn)插座：一個(gè)40芯、二個(gè)20芯、一個(gè)16芯、二個(gè)14芯組件插座供擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)電路使用。
4、TTL實(shí)驗(yàn)電路：與、或、非、觸發(fā)器等。
5、+5V、±12V電源盒。
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
▲計(jì)算機(jī)組成原理單元
該實(shí)驗(yàn)分為基本實(shí)驗(yàn)和可選實(shí)驗(yàn)，基本實(shí)驗(yàn)指學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理課通常要完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)可達(dá)到學(xué)習(xí)基本原理和訓(xùn)練基本技能的目的�？蛇x實(shí)驗(yàn)是指教學(xué)機(jī)支持的那些難度較大的需要較長(zhǎng)時(shí)間完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些實(shí)驗(yàn)可作為課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容或用作畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目。
A、基本實(shí)驗(yàn)　
1．基礎(chǔ)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 5．串行口輸入輸出實(shí)驗(yàn)
2．脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn) 6．微程序控制器實(shí)驗(yàn)
3．組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn) 7．編程序控制器實(shí)驗(yàn)
4．主存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)　
B、可選實(shí)驗(yàn)（課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)）
1、故障診斷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2、用一臺(tái)正確運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)機(jī)輔助調(diào)試另一臺(tái)實(shí)驗(yàn)機(jī)
3、實(shí)驗(yàn)機(jī)的監(jiān)控程序、交叉匯編程序的修改與擴(kuò)充的實(shí)驗(yàn)
4、擴(kuò)充的輸入/輸出接口、設(shè)備與驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)驗(yàn)
5、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一套全新指令系統(tǒng)的CPU　　
6、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的接口與驅(qū)動(dòng)線路實(shí)驗(yàn)
▲計(jì)算機(jī)組成原理.微機(jī)接口及應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)微機(jī)接口及應(yīng)用單元　　　　　　　　　　
A、第一類(lèi)：TTL集成電路實(shí)驗(yàn)（數(shù)字電路課）
1．與、或、非門(mén)等門(mén)電路實(shí)驗(yàn)　　　　　　
2．組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)（半加器、全加器等）
3．觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)（RS、D、JK等）
4．集成計(jì)數(shù)器及寄存器
5．譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器等
6．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等波形實(shí)驗(yàn)
B、第二類(lèi)：微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)（微機(jī)原理課）
1．I/O地址譯碼實(shí)驗(yàn)
2．簡(jiǎn)單并行接口實(shí)驗(yàn)
3．可編程并行口實(shí)驗(yàn)（一）（二）
4．串行通訊實(shí)驗(yàn)（8251、8250）
5．A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
6．可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)
7．七段數(shù)碼顯示實(shí)驗(yàn)
8．中斷實(shí)驗(yàn)和DMA通訊實(shí)驗(yàn)
C、趣味性實(shí)驗(yàn)及控制實(shí)驗(yàn)（微機(jī)應(yīng)用課）
1．競(jìng)賽搶答器實(shí)驗(yàn)
2．?dāng)?shù)字錄音機(jī)實(shí)驗(yàn)
3．電子琴實(shí)驗(yàn)（加選件）　　　　　　
4．交通燈控制實(shí)驗(yàn)
5．繼電器控制實(shí)驗(yàn)
6．步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)（加選件）
7．直流小電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)（加選件）
8．集成電路測(cè)試實(shí)驗(yàn)
9．8279鍵盤(pán)、顯示控制實(shí)驗(yàn)（加選件）

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