计算机组成原理、微机接口及应用综合实验台

计算机组成原理、微机接口及应用综合实验台

一、产品概述

本产品是一款集计算机组成原理及微机接口及应用于一体的综合实验台，规格为 160×75×78cm。它将二者巧妙组合在一个实验台上，显著提升了规划化程度和管理水平，实现了资源共享，有效节省了资金和实验室空间，减少了管理人员，是学校上规模、上档次的理想选择。

（一）计算机组成原理部分

本实验台的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，能够选用组合逻辑控制器或微程序控制方案，且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。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 接口及总线等具有一定的典型性，并能驱动最常用的计算机输入 / 输出设备。用户可将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，并允许学生从头完成另一套全新设计。这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。

此外，该系统具有很高的易学易用性。其硬软件组成是最小配置，体现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。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。同时，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，配备适当的软件系统是我们突出强调的重要目标之一。它还提供最齐全的设计、实现、操作使用的资料，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等。

（二）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、技术指标与配置

（一）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。

（二）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。

三、实验内容

（一）计算机组成原理单元

该实验分为基本实验和可选实验。基本实验是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。可选实验则是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。