一、概述

高性能計(jì)算機(jī)組成原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱是一款功能強(qiáng)、性能好，軟件硬件組成原理實(shí)驗(yàn)儀產(chǎn)品，系統(tǒng)電路采用了多片CPLD大大提高了可靠性和功能提升的可能性，軟件提供了詳盡的信息窗口、運(yùn)行圖表和多類(lèi)幫助信息，使教學(xué)的過(guò)程輕松自如。
二、高性能計(jì)算機(jī)組成原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)清晰

實(shí)時(shí)監(jiān)視器各單元部件都以計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有 8 位數(shù)據(jù)指示燈顯示其二進(jìn)制值，兩個(gè)8 段碼LED 顯示其十六進(jìn)制值，清楚明了，兩個(gè)數(shù)據(jù)流方向指示燈，以直觀反映當(dāng)前數(shù)據(jù)值及該數(shù)據(jù)從何處輸出，而又是被何單元接收的。

這是該產(chǎn)品“實(shí)時(shí)監(jiān)視器",使得系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)時(shí)即使不借助PC 機(jī)，也可實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流狀態(tài)及正確與否,改變了其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備為監(jiān)控狀態(tài)必須加入讀操作的不真實(shí)實(shí)驗(yàn)方法，使得學(xué)生十分容易認(rèn)識(shí)和理解計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各部件可以通過(guò)J1、J2、J3 座之間不同的連線組合，可進(jìn)行各部件獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，也可進(jìn)行各部件組合實(shí)驗(yàn)，再通過(guò)與控制線的組合，就可構(gòu)造出不同結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度的原理性計(jì)算機(jī)。
（2）開(kāi)放式設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟硬件對(duì)用戶(hù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有開(kāi)放性。與眾不同的是：SNX-68M各實(shí)驗(yàn)?zāi)K的數(shù)據(jù)線、地址線與系統(tǒng)之間的掛接是通過(guò)三態(tài)門(mén)，而不是其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備所采用的扁平連線方法，而數(shù)據(jù)線、地址線是否要與系統(tǒng)連通，則由用戶(hù)連線控制，這樣，就真實(shí)的再現(xiàn)了計(jì)算機(jī)工作步驟。需要強(qiáng)調(diào)指出的是：用“連線跨接"并不能說(shuō)明其開(kāi)放特性，而所謂的開(kāi)放性應(yīng)指的是運(yùn)算器、控制器及微程序的格式及定義能否進(jìn)行修改和重新設(shè)計(jì)

SNX-68M系統(tǒng)的運(yùn)算器采用了代表現(xiàn)代科技的EDA 技術(shù)設(shè)計(jì)，隨機(jī)出廠時(shí)，已提供一套已裝載的方案，能進(jìn)行加、減、與、或、帶進(jìn)位加、帶進(jìn)位減、取反、直通八種運(yùn)算方式，若用戶(hù)不滿意該套方案，也可自行重新設(shè)計(jì)并通過(guò)JTAG 口下載?？刂破魑⒏袷郊岸x可通過(guò)鍵盤(pán)和PC 機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，從而產(chǎn)生與眾不同的指令系統(tǒng)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線均在總線插孔區(qū)引出，并設(shè)計(jì)了40 芯鎖進(jìn)插座，供用戶(hù)進(jìn)行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)提供的兩種控制器之一的組合邏輯控制器已下載有一套完整的實(shí)驗(yàn)方案，用戶(hù)也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

開(kāi)放式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)還在于，用戶(hù)可以設(shè)計(jì)自己的指令/微指令系統(tǒng)。系統(tǒng)中已帶有兩套指令/微程序系統(tǒng)，用戶(hù)可參照來(lái)設(shè)計(jì)新的指令/微程序系統(tǒng)。
（3）支持中斷實(shí)驗(yàn)

采用最底層的器件設(shè)計(jì)而非有些產(chǎn)品所采用的集成器件 8259，從而讓學(xué)生可以從微程序?qū)用嫔蠈W(xué)習(xí)中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷入口地址的產(chǎn)生、中斷服務(wù)程序及中斷返回（RETI）整個(gè)過(guò)程。專(zhuān)家指出：“中斷"是單片機(jī)、微機(jī)、DSP 等學(xué)科中重要功能，故應(yīng)在計(jì)算機(jī)原組成原理這門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科中對(duì)其進(jìn)行充分的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)。
(4) 兩種控制器方式

系統(tǒng)提供兩種控制器方式，即微程序控制器和組合邏輯控制器。在微程序控制器中，系統(tǒng)能提供在線編程，實(shí)時(shí)修改程序，顯示程序并調(diào)試進(jìn)行的操作環(huán)境。組合邏輯控制器，已下載有一套完整的實(shí)驗(yàn)方案，用戶(hù)也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。微程序控制器和組合邏輯控制器兩種類(lèi)型都有流水和非流水兩種方案。
（5） 三種工作方式

1、手動(dòng)方式——不連PC 機(jī)，通過(guò)SYSNX-68M實(shí)驗(yàn)儀的開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用LCD 及各部件的8 個(gè)狀態(tài)LED，兩個(gè)LED 數(shù)碼管觀察運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果，手動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

2、聯(lián)機(jī)方式——連PC 機(jī)，通過(guò)WINDOWS 調(diào)試環(huán)境及圖形方式進(jìn)行更為直觀的實(shí)驗(yàn)。在WINDOWS 調(diào)試環(huán)境中提供了功能強(qiáng)大的邏輯分析和跟蹤功能，既可以以波形的方式顯示各邏輯關(guān)系，也可在跟蹤器中，觀察到當(dāng)前狀態(tài)的說(shuō)明及提示；

3、脫機(jī)方式——不連PC 機(jī)，通過(guò)SYSNX-68M實(shí)驗(yàn)儀的鍵盤(pán)輸入程序、微程序，用LCD 及各部件的8 個(gè)狀態(tài)LED，兩個(gè)LED 數(shù)碼管觀察運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果，手動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；
（6）完善的尋址方式

累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、存儲(chǔ)器尋址；
（7）邏輯分析儀

對(duì)于教師而言，不難體會(huì)要講清時(shí)序關(guān)系是不容易的。而學(xué)生理解并利用時(shí)序關(guān)系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術(shù)的迅猛發(fā)展，在實(shí)際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進(jìn)行時(shí)序分析。SYSNX-68M計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具備高性能邏輯分析功能，老師可通過(guò)電化教學(xué)設(shè)備向?qū)W生現(xiàn)場(chǎng)展示指令與時(shí)序的關(guān)系，可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)直觀地觀測(cè)到指令與時(shí)序的關(guān)系，可有效的提高教學(xué)效果。
（8）豐富的調(diào)試手段，具有單步、微單步、運(yùn)行、暫停等功能。
（9）通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀或PC機(jī)鍵盤(pán),在線動(dòng)態(tài)修改寄存器、程序/微程序計(jì)數(shù)器、程序/微程序存貯器的內(nèi)容。
（10）通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀或PC機(jī)鍵盤(pán),在線動(dòng)態(tài)修改寄存器、程序/微程序計(jì)數(shù)器、程序/微程序存貯器的內(nèi)容。
三、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)主板、調(diào)試軟件、內(nèi)置開(kāi)關(guān)電源組成。

實(shí)驗(yàn)主板有：累加器A，暫存器W，寄存器組R0—R3，運(yùn)算器ALU，直通D/左移L/右移R單元，中斷向量IA，堆棧ST，程序計(jì)數(shù)器PC，地址寄存器MAR，輸入IN，輸出OUT，存貯器EM，微地址UPC，指令寄存器IR，微程序控制器UM，組合邏輯控制單元，三總線接口，擴(kuò)展座、二進(jìn)制開(kāi)關(guān)電平輸出/顯示，邏輯筆、管理單片機(jī)、4×6鍵盤(pán)，字符式LCD，RS232通訊接口。
四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
（1）寄存器讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)
（2）運(yùn)算器八種運(yùn)算實(shí)驗(yàn)
（3）數(shù)據(jù)輸出/移位實(shí)驗(yàn)
（4）UPC實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1：UPC加1實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：UPC打入實(shí)驗(yàn)
（5）PC實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1：PC加1實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：PC打入實(shí)驗(yàn)
（6）存貯器讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)
（7）微程序讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)
（8）中斷實(shí)驗(yàn)
（9）模型機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)（微程控制器）
實(shí)驗(yàn)1：數(shù)據(jù)傳送/輸入/輸出實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)（加/減法/或）
實(shí)驗(yàn)3：移位/取反實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4：轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5：調(diào)用實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)6：中斷實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)7：指令流水實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)8：RISC模型機(jī)
（10）組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)
（11）擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1：8255擴(kuò)展I/O口實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：8253擴(kuò)展定時(shí)器實(shí)驗(yàn)
注：實(shí)驗(yàn)（1）～（8）為手動(dòng)微代碼控制，（9）～（11）為微程序或組合邏輯控制。