部件电路 + FPGA设计的新型实验模式
以部件电路为基础的实验模式
以部件单元电路为基础开展原理性实验,快速掌握运算器、控制器、存储器、CPU总线、系统总线及外部接口的工作原理及结构细节,然后由各部件单元电路来构成各种模型计算机,从而掌握计算机整机的工作原理和结构细节
基于FPGA的自主设计实验模式
部件单元电路(局部)
对原理和结构有了完整掌握后,则可基于FPGA来开展各部件和模型计算机的详细设计,并可将新设计的部件代替原有相对应的部件,来使用系统先进完善的调试环境进行调试,从而高效地修改错误、完善设计
两种调试观测分析方法
实验教学更加全面和完善
实时通路图调试
以动态通路来观察计算机各部件及整机的每一节拍运行过程,可观察数据的走向和各寄存器和存储器中的数据变化,还可观察各相应控制信号的变化,具有单拍、单周期、单指令及连续运行等调试功能,从而深刻理解和认识计算机组成和运行的原理
时序观测与分析
通过观察各控制信号及数据的相互之间的时序关系,来认识机器内部运行过程的细节,全面深入认识理解计算机的工作过程。时序观测与分析是计算机组成原理教学中非常重要的内容
实时动态通路调试
时序测量与观测
实时动态通路图调试
直观易学易掌握
运算器、存储器、控制器等各部件通路调试,
微程序及硬布线控制等多种模型计算机通路调试
可详细观察各个操作控制信号的改变和运行数据的变化,
可观察到数据的走向和各寄存器和存储器中的数据变化
模型机实时调试通路
从细节掌握计算机原理
用户按实验需要点选所要观测的各种信号和数据,系统则在界面中实时显示这些信号和数据在各个运行中的时序,用户因此得以清晰掌握它们的时序关系,由此搞清计算机运行的细节内容
可将实时通路图和时序观测界面同时来比较观看,则会具有更佳的实验教学效果
时序观测和分析是计算机组成原理中非常重要的教学内容,以往因没有观测手段而无法学习和研究,TDX-CMX实验系统的时序观测界面,使得这一重要教学内容得到弥补和完善
全面实时观察所有数据
和控制信号及运行状态
实验电路上布画了清晰的计算机组成通路图,对各部件的数据、地址和控制信号都具有LED显示,可充分显示各部件和模型计算机的当前工作状态和下一步的信息
优化电路单元和布局
减少电路连线
微程序控制器和组合逻辑(硬布线)控制器使用同一组控制信号线,两种控制器复合在同一个控制器单元电路中,集成于同一个FPGA器件中
各部件单元电路及整体结构进一步优化升级,在保证开放性的同时,使计算机各部件和各种复杂模型机电路的搭接更加简捷、高效和直观,极大提高了实验效率和成功率,更易于学生实验操作和学习掌握
系统具有保护电路,同时提供了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,显示故障区域,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。
多通路多总线部件和结构设计
支持先进并行计算机系统结构实验
多端口多通路多总线的部件结构,实现了多总线运行的数据并行和指令并行先进结构,用户以标量机为目标,流水技术为核心,通过多端口多总线的部件电路,灵活构建多种并行结构的模型计算机,其内部数据通路可为单总线到多总线,为并行结构计算机的实验提供完美支持
计算机系统设计实例:五级流水MIPS指令计算机系统设计
选配MIPS32计算机系统设计开发板,可支持计算机系统设计的实战实验,设计具有32位5级流水线架构、兼容MIPS指令、具备60余条指令的复杂处理器
系统具有开放的指令及微指令系统,支持自定义指令以及微指令,进行系统设计实验
选配实验室工作站,构建新形态实验室
客观评价学生实验能力和实验水平
对实验过程、实验结果和实验设备真实准确的数据记录
具有开放性的实验设计和实验指导
依据实验信息记录和统计,对实验教学效果进行总结和评估
准确评估所有实验设备状态,确保实验室良好运行
TDX-CMX 计算机组成原理与系统结构教学实验系统功能特点