TD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统

TD-CMA 计算机组成原理与系统结构教学实验系统

TD-CMA 计算机组成原理与系统结构教学实验系统是西安唐都科教仪器公司推出的新一代计算机组成原理与系统结构教学的实验设备，是按照计算机组成原理最新教学大纲和考研要求精心研发设计的，使得计算机组成原理及计算机系统结构课程变得好教好学，是国内计算机教学领域的旗帜性产品，深得广大高校计算机专业师生的喜爱。对于以往各种产品来说，TD-CMA系统具有更为独特的优点：

1．采用了更为先进的计算机部件电路单元，以及更为先进的计算机整机结构设计，可使学生对计算机组成的完整结构和工作原理具有全面和清晰的认识。

2．为计算机各组成部件和多种结构的模型机实验都配有数据通路图实时图形调试界面，并都具有单拍、单周期、连续等调试功能，使原来难教难学的教学内容变得非常容易理解和掌握；通路图的调试过程还具有保存和回放功能，因而具有更为优秀的教学效果。

3．更为灵活、更为实用的时序发生电路和本地操作台设计，使实验平台更易于使用。 4．先进和完善的系统监测和保护电路设计，使系统耐用易维护，保证教学顺利开展。

一、系统的功能和特点

1．完整丰富的教学实验内容，确保实验室建设的先进性

在计算机组成原理方面提供了运算器、控制器、存储器、系统总线及接口等各部件教学实验内容，还提供了简单模型机和复杂模型机的整机实验，保证计算机组成原理教学内容的完整性，尤其是运算器中算术运算、逻辑运算和移位运算三组件的并行结构原理实验，控制器中的微程序控制原理和组合逻辑电路控制结构设计实验，存储器中的Cache控制器的原理和设计实验，以及按80x86处理器总线结构设计的系统总线单元，包含有中断信号、DMA信号、存储控制信号、I/O控制信号等完整的控制总线，使学生对计算机结构和原理能有一个完整的认识和掌握。

在计算机系统结构方面，通过复杂指令模型机、精简指令模型机、重叠结构模型机和流水结构模型机的实验，可使学生学习并掌握当前各种先进计算机结构的原理及设计。

2．先进设计方法和开发工具

采用VHDL语言、ALTREA公司CPLD/ FPGA器件和先进设计开发工具QUARTUS II来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。

3．先进的运算器部件电路

运算器部件由一片CPLD来实现，内含算术、逻辑和移位三个运算部件，其中移位运算采用桶形移位器，各部件独立并行工作，体现了主流运算器设计思想。

4．开放的控制器部件结构

微程序控制器部件由微程序存储器，微命令寄存器，微地址寄存器，微命令译码器，编程电路等构成，其微指令格式和微指令定义可由用户自行设计确定。也可以使用CPLD构造组合逻辑控制器，实现计算机硬布线控制器的设计。

5．先进的系统总线和总线接口设计

系统提供了先进的系统总线结构，与主流的80x86微机具有类似的系统总线和总线接口设计。实验构建的模型计算机总线接口信号，除数据总线、地址总线外，其控制总线是需要根据计算机功能的要求来设计的，具有中断信号线，DMA控制信号线，存储器读写信号线和输入输出读写信号线等，由此便可以开展关于计算机总线接口的设计实验。如：基本输入输出功能的总线接口设计实验、具有中断控制功能和DMA控制功能的总线接口设计实验等。

6．更为灵活、更为实用的时序发生电路和操作台设计

系统提供的时序发生器其机器周期可以在2节拍和4节拍之间选择，这为实验教学提供了更大的灵活

性；系统的本地操作控制台也是全新的设计，使得系统在独立使用时，操作起来更为合理、更为方便和实用。

7．先进的实时动态图形调试方式，使学生更容易学懂计算机组成原理

（1）先进部件调试手段

系统为各计算机部件（运算器、存储器、控制器）分别提供了实时动态图形调试工具，使得学生可以轻松了解复杂部件的内部结构和操作方法，并可实时跟踪部件的工作状态。

运算器实时图形调试界面 控制器实时图形调试界面

（2）多种结构模型机调试手段

在模型计算机整机调试的图形调试工具方面，系统提供了简单模型机、复杂模型机、精简指令结构模型机、重叠结构模型机、流水结构模型机的实时动态通路图调试界面。

对简单模型机和复杂模型机还提供了动态微程序流程图，将微程序的运行过程可实时动态的表现出来，使用户可以从微程序的角度观察计算机指令运行的过程并对系统进行调试。

复杂模型机实时通路图调试界面 实时微程序流程图

另外在通路图调试界面中还提供了交互式微指令设计和功能模拟环境，可用鼠标在微指令的显示区，按每个控制位来修改微指令代码，然后在数据通路图中模拟运行该指令，来验证微代码设计是否正确，使学生非常容易掌握微代码的功能原理和微程序设计。

（3）完整丰富的调试功能

包括单拍调试，单周期调试，单步微指令调试，单步机器指令调试，连续运行，尤其是单拍调试可以精确观察计算机在每一拍的运行过程，对复杂结构计算机的调试非常必要。还可以对动态图形调试过程进行记录保存，并能随时进行回放，这可作为实验报告中的调试运行记录。这些图形调试方式及功能使得实验过程更为形象直观，具有非常良好的教学效果。

7．多路逻辑信号测量功能

具有四路逻辑示波器的测量单元，方便用户测量信号的逻辑波形。

8．系统电路检测功能和实验电路查错功能

系统提供了系统电路检测功能和实验电路查错功能，既可对系统电路进行维护性检测，还可对实验电路连线的正确与否进行检查，能够精确检查用户的实验电路连线错误。

9．系统电路的保护性设计保证了系统的安全性

系统除了采用了具有抗短路、抗过流的高性能稳压电源来保证产品的安全性外，还增加了总线竞争报警等多处保护性电路设计，可进一步保证系统的安全运行。

二、主要实验内容

1．运算器及设计实验 （1）基本运算器实验

（2）超前进位加法器设计实验 （3）阵列乘法器设计实验 2．存储系统及设计实验 （1）静态随机存储器实验 （2）Cache控制器设计实验 3．控制器及设计实验 （1）时序发生器设计实验 （2）微程序控制器实验

4．系统总线与总线接口实验

（1）系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验 （2）具有中断控制功能的总线接口设计 （3）具有DMA控制功能的总线接口设计 5．模型计算机的设计实验

（1）CPU与简单模型机设计实验 （2）硬布线控制器模型机设计实验 （3）复杂模型机设计实验 6．输入、输出系统实验

（1）具有中断处理功能的模型计算机设计实验 （2）具有DMA处理功能的模型计算机设计实验 （3）典型I/O接口8253扩展设计实验 7．先进计算机结构的设计及研究实验

（1）基于RISC处理器的模型计算机设计实验 （2）基于重叠技术的模型计算机设计实验 （3）基于流水技术的模型计算机设计实验

（4）超标量流水模型计算机设计实验（须选配超标量实验扩展单元）