TEC-XP+ 计算机组成原理与系统结构实验系统

TEC-XP+是集16位和8位于一体的教学实验系统,由清华大学科教仪器厂、清华大学计算机系联合研制。适用于本科、硕士研究生的计算机组成原理和计算机系统结构课程的教学实验。该系统有自己的指令系统和监控程序,能够与终端或PC机相连(可以通过键盘输入程序执行,结果可以通过指示灯或者显示器显示),可以进行联机操作和执行比较完整的程序。实验系统分成主要的两个部分:一部分采用模块化的结构(运算器、控制器、主存储器、I/O接口和中断)构成一台完整的模型计算机,支持组合逻辑控制器和微程序控制器两种控制器方案,两种控制器紧凑合理,完成教学实验方便高效;另一部分采用先进的FPGA芯片,用户可自行设计CPU(可以含流水和CACHE)。系统的软硬件配置完整,技术资料齐全,支持的实验项目多、水平高,实验手段先进。

▲ 主要技术指标

1、机器字长可以是8位,也可以是16, 用户可根据教学需要自行切换。

2、基本指令系统支持多种基本寻址方式。其中部分指令已实现, 用于设计监控程序和用户的常规汇编程序, 尚保留多条指令供用户自己实现。

3、主存最大寻址空间是18K,可进行主存储器扩展实验。

4、运算器由4片位片结构器件AM2901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, 和一个能自行移位的乘商寄存器。设置CZ VS四个状态标志位。运算器实验可以有脱机和联机两种实验方式。

5、控制器采用微程序和组合逻辑两种控制方案实现。控制器的主要器件采用的是LATTICE公司的CPLD芯片。在做控制器实验时,用户可按基本指令的格式和流程扩展指令,设计新的控制器文件并下载,然后编写程序使新老指令同时运行。

6、主机上安装有INTEL8251串行接口,一路可直接连接计算机终端, 或接入一台PC机作为自己的仿真终端。另一路为用户扩展用,可完成串口初始化,双机通讯等实验。

7、主机可完成三级中断实验和中断嵌套实验。

8、实验箱有自己的监控程序(操作系统),支持多种实验方式(如:单步/连续,手动置指令/从内存读指令等),监控源码开放,用户可以修改。

9、实验箱上的CPLD芯片和FPGA芯片也可用于实现各种时序电路和组合逻辑电路实验。

10、实验箱上XILINXFPGA芯片可以实现流水和非流水两种CPU方案,还可完成高速缓冲存储器(cache)的教学实验。

11、实验箱能够支持比较正规的汇编语言设计和BASIC语言设计。

12、实验箱配套指令级和微指令级的仿真软件。

 ▲ 实验内容

TEC-XP支持的实验分为基本实验和可选实验,基本实验指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标。可选实验是指教学机支持的那些难度较大需要较长时间完成的实验项目或是数字电路和系统结构以及EDA课程支持的实验,这些实验可作为课程设计的内容或用作毕业设计的题目,这部分实验可以明显提高学生的创新能力和动手能力。

基本实验

1、基础汇编语言程序设计

2、脱机、联机运算器实验

3、组合逻辑控制器(硬布线控制器)实验

4、主存储器实验

5、串行口输入输出实验

6、中断实验

7、 时序电路实验

8、微程序控制器实验

9、BASIC程序设计

10、控制器的软件仿真实验

可选实验(课程设计、毕业设计)

1、FPGA实现的不支持流水的CPU(模型机)。

2、FPGA实现的支持流水的CPU(模型机)。

3、CACHE实验。

4、CPLDFPGA实现各种组合逻辑电路和时序电路实验。

5、 数字电路实验(基于GALMACHXC2S200的)。

6、EDACPLDFPGA两种实现方式)实验。

▲ 推荐教材 

教材:

《计算机组成与设计》(第2版) 王诚   (“十五”国家级规划教材,北京市精品教材)

《计算机组成与设计实验指导》  王诚

《计算机组成原理》 (第3版) 王诚   (北京市精品教材)

《计算机组成与体系结构》      王诚

《计算机组成与结构》          王爱英

《计算机系统结构》            郑纬民、汤志忠

软件:

《计算机组成原理多媒体课件》  王诚

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