主頁 > 技術文章 > 計（jì）算機組成原理（lǐ）實驗台研製及性能（néng）2025-07-30

計算機組成（chéng）原理實驗台研（yán）製（zhì）及性能

概述：該設備是有機（jī）綜合體，一機多用，節省資源，效益顯著。具有很（hěn）強的開放性能、擴展性能；實驗台（tái）外形（xíng）規格：160×75×78cm。二者組合在一（yī）個實驗台上，提高了（le）規（guī）劃化程度（dù），管理水（shuǐ）平（píng），資源共（gòng）享，節省資金，節省實驗室，減少管理人員，是學（xué）校（xiào）上規模、上檔次的（de）理想選擇。
▲ 計（jì）算機組成原理部分：
硬軟件配置相對完整、可支持8位或（huò）16位字長、可以選用組合邏輯控製器或微程序控製方案、文字與圖紙資料相對齊全、主要用（yòng）於“計算機組（zǔ）成原理”課（kè）程的教學與實驗的計算機係統。
該係統（tǒng）是一台硬件組（zǔ）成相對完備的計算機係（xì）統，CPU、主存、I/O接口及總線等有一定的典型性，並能驅動最常用的計算機（jī）輸入/輸出設備，用戶可把該機的組成與設計，作為計算機組（zǔ）成原理課程授課的實例內容，理論聯（lián）係實際（jì），保證課（kè）程各主要章節教學內容的理論深度（dù）和較（jiào）高的實（shí）用性。
該係統提供計算機（jī）組（zǔ）成原理課所要求的教學實驗（yàn）功能，實驗手段實（shí）用先進，學生可深（shēn）入到計算機CPU內部，查看、測試（shì）各主要信號與部件工作狀（zhuàng）態，修改已實現的設計，增加自己新的設（shè）計，達（dá）到“親口嚐（cháng）梨”的效果，並充許學生（shēng）從頭完成另（lìng）一套全新設計（jì）。能有（yǒu）效提高學生（shēng）學習興趣，培養學生設計與（yǔ）動手實踐的基本技能，增強學生的創新意識。
該係統有很高的易學易用性。這主要體現（xiàn）在以下諸方麵：
該係統中的硬軟件組成是最（zuì）小配置，體（tǐ）現的是計算（suàn）機硬件係（xì）統（tǒng）組（zǔ）成的（de）基（jī）本原理和基礎知識，不過多地涉及係統性能（néng）完善及合理性等問題。這包括小巧（qiǎo）的指令係統，最小的（de）監（jiān）控程（chéng）序，簡單的控製（zhì）設計，小的主存和簡單的輸入/輸出（chū）接口等。
該係統的（de）物理結構設計成全（quán）暴露方式。全部線路做在一、二塊印製電（diàn）路板上，以互不遮蓋（gài）方式插接在一起；全部線路芯片以芯片插座與線路（lù）板連接；邏輯線路按（àn）功能部件劃分（fèn）在印製板的不同區（qū）域；主板上安（ān）裝有一定數量的開關、按鍵（jiàn）與指示燈；線路（lù）板（bǎn）上布有適當的量測（cè）孔，一定數量的跳（tiào）線夾，用以人為設置機器故障可變更設計。
該係統提供適當的軟件支持（chí）與常規輸入（rù）/輸（shū）出外設接入支持，它即是學習計算機組成原理知（zhī）識的必備部分，也提供了完成多項教學（xué）實驗的（de）最先進的（de）實驗手段。配備適當的軟件係統是（shì）我們（men）突出強調的重要（yào）目標之一。
該係統提（tí）供（gòng）最齊全（quán）的設計（jì）、實現、操作使用的資料。這是保證（zhèng）教師與學生在教學過程中用好（hǎo）、學好有關知識的重要條件。包括全部圖紙、器件清單、印製板上的（de）器（qì）件布局、可編程器件的邏輯內容，指（zhǐ）令（lìng）格式與功能，微指令（lìng）格式及微程序清單，組（zǔ）合（hé）邏輯的（de）指令執（zhí）行流程表化（huà）簡後的全部程序（xù）、交叉匯編程序源（yuán）程序清單。
▲ 微機（jī）接口及應（yīng）用部（bù）分：
通用微機接口實驗係統適用於86係列微（wēi）機原理課程，綜合了各學校講課及（jí）實（shí）驗（yàn）老師的意見，增（zēng）添了係統的開放能力和靈（líng）活性（xìng）。為提高學生（shēng）獨（dú）立思維和動手能力，對計算機（jī）硬件要求較高（gāo）的（de）專業，提供（gòng）了開放的實驗平台並新增加了微機控製實驗（yàn），使這門課程的實驗更加（jiā）深入完整。為適（shì）合基礎教學（xué）的（de）需要（yào），增（zēng）添了數字電路的實驗線路，可進行TTL集成電路的實驗。這一嶄新的（de）係統實現（xiàn）了專業基礎（chǔ）課（數字電路）、專業課（微機原理（lǐ））、課程設計和畢業設計（微機應用）的三合一（yī），真正做到了一機多用（yòng）。
本係統如與微機（jī）結合，充分利用了微機自（zì）身的軟件、硬件的強大功能和豐富資源，學生在實驗時可通過微機鍵（jiàn）盤直（zhí）接輸入（rù）匯編語言程序（8088或8086）或C語言等其他（tā）高級語言程序，並可隨意調試更改，控（kòng）製程序運（yùn）行。實驗電路的連接，采用了國家專利獲獎（jiǎng）產品“自鎖緊”插（chā）座及導線，使接線更（gèng）方便、接觸更可靠、使（shǐ）用更耐（nài）久。
配合本係統，我（wǒ）們（men）特為（wéi）教師（shī）提供了（le）教（jiāo）師實驗指導（dǎo）書，書中對上述二十多（duō）個實驗都寫有實驗目的，實驗電路以及匯編語言和（hé）C語（yǔ）言的參考程序清單（提供程序軟盤），供教師參考，減（jiǎn）輕了教師備課和輔導實驗的工（gōng）作量。此外還（hái）提供參考教材（cái）和學生用實驗指導書。
二、計算機組成原理.微機接口及應用綜合實驗台（tái）技術指（zhǐ）標與配（pèi）置：
▲ 計算機組成原理單元
1、機器字長8位或16位，即（jí）運算器、主存、數（shù）據總線均可以是8位（wèi）或16位，但地址總線都是16位。
2、指令係統，基本指令係統分（fèn）為8位或16位兩種，支持多種基本尋址方式。其中一部分指令已實現，用於設計監控程序和用（yòng）戶的常規匯編程序，尚保留多條指令供實驗者自己實現（xiàn）。請注意，由8位字長（zhǎng）和16位字（zì）長分（fèn）別構成的是兩套完全不同的指令係統，甚至於都很難考慮（lǜ）它們之間的兼容性，故由（yóu）8位字（zì）長或16位字長組成的是兩種完全不同的（de）計算機係統。
3、主存最（zuì）大尋址空間是36K字節（8位機）或18K字節（16位機），基本容量為8K（字節或16位的字）容量（liàng）的ROM和2K（字節或16位的字）容量的RAM存儲區域。還可以進一步的完成容量擴展的教學實驗。
4、原理上講，主振可在幾百KHZ～2MHZ之間的選擇。
5、運算器由2片或4片位片結構器件級聯（lián）而成，片（piàn）間用串行進位方（fāng）式傳遞進位信號。ALU實現8種算術與邏輯運算功能，內部包括16個雙端口讀出（chū）、單端（duān）口寫入的通用寄存器，和一（yī）個能夠自行移（yí）位的乘商寄存器。設置C（進位）、Z（結果為（wéi）0）、V（溢出）和S（符號位（wèi））四個狀（zhuàng）態標誌位。
6、控（kòng）製器采（cǎi）用微程序和硬布線兩種控製方案實現，可由實驗者自行選（xuǎn）擇。實驗人員可方便地修改已有設（shè）計，或（huò）加（jiā）進若幹（gàn）條自己設計與實（shí）現的新指令，新老指令同時運行。
7、主機上安裝有一路INTEL8251串（chuàn）行接口，可直接接計（jì）算機終（zhōng）端，或接入一台PC機作為自（zì）己的仿真終端。選用（yòng）了MAX202倍壓線路，以避免使用+12V和-12V電源。
8、在主板（bǎn）上設置（zhì）了一（yī）定擴展實驗用的器件插座，提（tí）供擴展內存和各種輸入/輸出接口實驗所需的地址、數據的控製等（děng）信號，以便支持在（zài）主板上完成這種擴展（zhǎn）實（shí）驗。
9、在主板的右一角位置，設置了完（wán）成中斷教學實驗的全套擴展實驗。
10、在（zài）主板上（shàng）設置有一些撥數開關和微型開關、按鍵和指示燈，支持最低層的手工操作方式的輸入/輸出和機器調試。板上還有支持教學實（shí）驗用的一（yī）定（dìng）數量的跳線夾。
11、實驗機硬件係統，主要功能部件劃分在大一些的水平放置的一塊印製電路板的不同區域，微程序控製器的主要部分劃分在小一些的垂直插接的一塊印製（zhì）電路板上，所有器件（jiàn）都用插座插接在（zài）印製板上（shàng），便於（yú）更換（huàn）器（qì）件。
12、實驗計算機（jī）使用（yòng）單一（yī）的5V、最大電流3A的直流（liú）模塊電源，所耗電（diàn）流在1.5～2A之間。電源模塊（kuài）安裝在水平電路板右（yòu）上角位置，220V交流電通過電源線插送到電源插座（zuò）上，並用一個開關控製交流電源的（de）接（jiē）通或斷開。
13、板上安裝了很多發光二極管指示燈，用於顯示重要的數據或控製信號的狀態。
▲微機接口及應用單元：
1、係統組成：一塊PC總（zǒng）線擴展卡、一塊主板、鍵盤顯示實驗板（bǎn）及連接電纜。
2、實驗內容：I/O地（dì）址譯碼、8255、8253、ADC0809、DAC0832等接口電路；邏輯電平開關、發光（guāng）二極管（guǎn）顯示（shì）、七段譯碼管顯示、時鍾、信號發生器、邏輯筆等輔助電路。
3、實驗插座：一個（gè）40芯、二個20芯、一個16芯、二個14芯組件插座供（gòng）擴展實（shí）驗電路使用。
4、TTL實驗電路：與、或、非、觸發器等。
5、+5V、±12V電源盒。
三、實驗（yàn）內容：
▲計算機組成原理單元
該實驗分為基本實驗和可選實驗，基本實驗指學習計算機組成原理（lǐ）課通常要完成的實驗項目，通過（guò）這些實驗可達到學習基本原理和訓練（liàn）基本技能的目的。可選實驗是指教學機支持的那些難度較大的需要較長時間完成的實驗項目，這些實驗可作為課程設計的內容或用作畢業設計的題目。
A、基（jī）本實驗　
1．基（jī）礎（chǔ）匯編（biān）語言程序設計 5．串行口輸入（rù）輸出實驗
2．脫機運算器實（shí）驗 6．微程序控製器實驗
3．組合（hé）邏輯控製器實驗（yàn） 7．編程序控製器實驗
4．主存儲器實驗（yàn）　
B、可選實驗（課程設計、畢業設計）
1、故障診斷的設計與實現
2、用一台正確運行的實驗機輔助調試另一台實驗機
3、實驗機的監控程序、交叉匯編程序的修改與擴充（chōng）的實驗
4、擴充的輸入/輸出接口、設備與驅動程序（xù）的（de）實驗
5、設（shè）計與實現一套全新指令係統（tǒng）的CPU　　
6、軟（ruǎn）盤驅動器的（de）接口與（yǔ）驅動線（xiàn）路實驗
▲計算（suàn）機組成（chéng）原理.微機接口（kǒu）及應用綜（zōng）合實驗台微機接口及應用單元　　　　　　　　　　
A、第一類：TTL集（jí）成電路實驗（數字電路課）
1．與（yǔ）、或、非（fēi）門等門電（diàn）路（lù）實驗　　　　　　
2．組合邏輯電路實驗（半加器、全加器等）
3．觸發器實（shí）驗（RS、D、JK等）
4．集成計數（shù）器及寄存器
5．譯碼器和數據（jù）選擇器等
6．單穩態觸發器等波形實驗
B、第二類：微機接口實驗（微機原（yuán）理（lǐ）課）
1．I/O地址譯碼實驗
2．簡單並行接口實驗
3．可編程（chéng）並（bìng）行口（kǒu）實驗（一）（二）
4．串行通訊實（shí）驗（8251、8250）
5．A/D、D/A轉換實驗
6．可編（biān）程定時器/計數器實驗（yàn）
7．七段數碼顯示實驗
8．中斷實（shí）驗和DMA通訊實驗
C、趣味性實驗及控製（zhì）實驗（微機應用課）
1．競賽搶答（dá）器實驗
2．數（shù）字錄音機實驗
3．電子琴實驗（加選件）　　　　　　
4．交通（tōng）燈（dēng）控製實驗
5．繼電器（qì）控製實驗
6．步進電機控製（zhì）實（shí）驗（加選件）
7．直流小電機控製實驗（加選件）
8．集成電路測試實（shí）驗
9．8279鍵盤、顯示控製實驗（加選件）

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