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LH-C10創新型計算機組成原理實驗系統

  • 所屬分類: 計算機組成原理和系統結構創新設計

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  • 發布日期:2018-07-03 08:30:52
  • 產品詳情

一、概述 
  LH-C10計算機組成原理與系統結構教學實驗系統是新一代計算機組成原理與系統結構教學的實驗設備,是按照計算機組成原理教學大綱和考研要求精心研發設計的,使得計算機組成原理及計算機系統結構課程變得好教好學,是計算機教學領域的旗幟性產品,深得廣大 校計算機師生的喜愛。對于以往 產品來說,LH-C10系統具有為獨特的優點:
1、采用了為的計算機部件電路單元,以及為的計算機整機結構設計,可使學生對計算機組成的完整結構和工作原理具有全面和清晰的認識。
2、為計算機各組成部件和多種結構的模型機實驗都配有數據通路圖實時圖形調試界面,并都具有單拍、單周期、連續等調試功能,使原來難教難學的教學內容變得容易理解和掌握;通路圖的調試過程還具有保存和回放功能,因而具有為教學效果。
3、為靈活、為實用的時序發生電路和本地操作臺設計,使實驗平臺易于使用。
4、和完善的系統監測和保護電路設計,使系統耐用易維護,保證教學順利開展。


二、功能特點 
1、完整豐富的教學實驗內容,確保實驗室建設的性
在計算機組成原理方面提供了運算器、控制器、存儲器、系統總線及總線接口設計等各部件教學實驗內容,還提供了簡單模型機和復雜模型機的整機實驗,以及輸入、輸出系統方面的實驗,是提供了具有中斷處理功能的模型計算機設計和具有DMA處理功能的模型計算機設計等實驗,可使學生對計算機的結構和原理能有一個完整的認識和掌握。
在計算機系統結構方面,通過復雜指令模型機、精簡指令模型機、重疊結構模型機和流水結構模型機的實驗,可使學生學習并掌握當前 計算機結構的原理及設計。
2、的計算機部件設計
運算器部件由一片CPLD來實現,內含算術、邏輯和移位三個運算部件,其中移位運算采用桶形移位器,各部件獨立并行工作,并提供了Cache 速緩存控制器設計實驗。
3、開放的控制器部件設計
微程序控制器部件由微程序存儲器,微命令寄存器,微地址寄存器,微命令譯碼器,編程電路等構成,其微指令格式和微指令定義可由用戶自行設計確定。也可以使用CPLD構造組合邏輯控制器,實現計算機硬布線控制器的設計。
4、的系統總線和總線接口設計
系統提供了的系統總線結構,與主流的80x86微機具有類似的系統總線和總線接口設計。實驗構建的模型計算機總線接口信號,除數據總線、地址總線外,其控制總線是需要根據計算機功能的要求來設計的,具有中斷信號線,DMA控制信號線,存儲器讀寫信號線和輸入輸出讀寫信號線等,由此便可以開展關于計算機總線接口的設計實驗。如:基本輸入輸出功能的總線接口設計實驗、具有中斷控制功能和DMA控制功能的總線接口設計實驗等。
5、為靈活、為實用的時序發生電路和操作臺設計
   系統提供的時序發生器其機器周期可以在2節拍和4節拍之間選擇,這為實驗教學提供了大的靈活性;系統的本地操作控制臺也是全新的設計,使得系統在獨立使用時,操作起來為合理、為方便和實用。
     6、的實時動態圖形調試方式,使學生容易學懂計算機組成原理
1)部件調試手段
系統為各計算機部件(運算器、存儲器、控制器)分別提供了實時動態圖形調試工具,使得學生可以輕松了解復雜部件的內部結構和操作方法,并可實時跟蹤部件的工作狀態。
2)多種結構模型機調試手段
在模型計算機整機調試的圖形調試工具方面,系統提供了簡單模型機、復雜模型機、精簡指令結構模型機、重疊結構模型機、流水結構模型機的實時動態通路圖調試界面。
對簡單模型機和復雜模型機還提供了動態微程序流程圖,將微程序的運行過程可實時動態的表現出來,使用戶可以從微程序的角度觀察計算機指令運行的過程并對系統進行調試。
 另外在通路圖調試界面中還提供了交互式微指令設計和功能模擬環境,可用鼠標在微指令的顯示區,按每個控制位來修改微指令代碼,然后在數據通路圖中模擬運行該指令,來驗證微代碼設計是否正確,使學生容易掌握微代碼的功能原理和微程序設計。
3)完整豐富的調試功能
包括單拍調試,單周期調試,單步微指令調試,單步機器指令調試,連續運行,尤其是單拍調試可以精確觀察計算機在每一拍的運行過程,對復雜結構計算機的調試必要。還可以對動態圖形調試過程進行記錄保存,并能隨時進行回放,這可作為實驗報告中的調試運行記錄。這些圖形調試方式及功能使得實驗過程為形象直觀,具有良好的教學效果。
7、多路邏輯信號測量功能
具有多路邏輯示波器的測量單元,方便用戶測量信號的邏輯波形。
8、系統電路檢測功能和實驗電路查錯功能
系統提供了系統電路檢測功能和實驗電路查錯功能,既可對系統電路進行維護性檢測,還可對實驗電路連線的正確與否進行檢查,能夠精確檢查用戶的實驗電路連線錯誤。
9、系統電路的保護性設計保證了系統的安全性
系統除了采用了具有抗短路、抗過流的 性能穩壓電源來保證產品的安全性外,還增加了總線競爭報警等多處保護性電路設計,可進一步保證系統的安全運行。
10、機箱:鋁木合金材料,綠色環保。外形尺寸:480×360×148mm。


三、系統構成 
1、硬件基本配置 
運算器單元采用CPLD器件構成,具有算術運算、邏輯運算和桶形移位運算三個獨立并行工作部件。
存儲器單元采用SRAM,并提供Cache 速緩存控制器設計實驗,可深刻理解 速緩存的基本原理和設計思想。
系統提供微程序控制器和組合邏輯控制器兩種控制器。
系統提供有類80x86CPU的總線接口設計,具有中斷信號線,DMA控制信號線,存儲器讀寫信號線和輸入輸出讀寫信號線等,可以支持具有中斷控制功能和DMA控制功能的總線接口設計實驗。
系統提供的時序發生器其機器周期可以在2節拍和4節拍之間選擇,這為實驗教學提供了大的靈活性。
系統配有基本的輸入、輸出設備單元,以及8237DMA、8259、8253常用的微機外圍接口單元,可以支持具有中斷和DMA控制功能的模型機設計實驗。
系統單元具有系統監控電路、系統檢測電路和總線競爭報警電路。其中的實驗電路連線檢測功能,能精確檢測到每根連線。系統的總線競爭報警電路,確保系統的安全運行。
系統配有四路邏輯示波器的測量單元。


2、硬件創新擴展單元 
1)CPLD或FPGA設計單元。
系統資源對用戶完全開放,系統中的運算器結構、控制器結構及微程序指令的格式及定義均可由用戶根據教學需要來做靈活改變,指令系統也可重新設計。
2)超標量設計單元。


3、軟件配置
系統提供了運算器、存儲器、控制器各部件的動態圖形調試界面。
系統提供了CISC、RISC、重疊、流水等多種模型計算機動態圖形調試界面,可多方位、動態實時顯示計算機系統中各部件之間的數據傳送過程以及各部件和總線上的所有信息。
系統提供了單拍、單周期、單步微指令、單步機器指令、連續等調試功能,尤其是單拍調試功能,可以在單周期調試基礎上細致地實時觀測到計算機內部每一節拍的動作,此功能對于計算機結構的實驗研究是必不可少的。
系統提供了獨特的微程序流程圖調試界面,使用戶可以從微程序運行角度來觀察計算機指令運行的過程并對系統進行調試。
系統提供了獨特的圖形交互式微指令輸入和模擬調試功能,微指令修改確定后,則可自動生成微程序。
系統可設定記錄實驗過程,并以文件形式保存,能隨時進行回放,也可作為實驗報告的電子檔或教學中的演示實例。
系統具有系統電路維護性檢測和實驗電路連線查錯的圖形界面,能夠精確檢查到系統電路故障及用戶的實驗電路連線錯誤。
系統提供了四路邏輯示波器,方便用戶測量信號的邏輯波形。


四、實驗項目 
1、運算器及設計實驗  
(1)基本運算器實驗
(2)超前進位加法器設計實驗
(3)陣列乘法器設計實驗
2、存儲系統及設計實驗
(1)靜態隨機存儲器實驗
(2)Cache控制器設計實驗
3、控制器及設計實驗
(1)時序發生器設計實驗
(2)微程序控制器實驗
4、系統總線與總線接口實驗
(1)系統總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實驗
(2)具有中斷控制功能的總線接口設計
(3)具有DMA控制功能的總線接口設計
5、模型計算機的設計實驗
(1)CPU與簡單模型機設計實驗
(2)硬布線控制器模型機設計實驗
(3)復雜模型機設計實驗
6、輸入、輸出系統實驗
(1)具有中斷處理功能的模型計算機設計實驗
(2)具有DMA處理功能的模型計算機設計實驗
(3)典型I/O接口8253擴展設計實驗
7、計算機結構的設計及研究實驗 
(1)基于RISC處理器的模型計算機設計實驗
(2)基于重疊技術的模型計算機設計實驗
(3)基于流水技術的模型計算機設計實驗
(4)超標量流水模型計算機設計實驗 

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