一种计算机组成原理的实验装置的制作方法

本发明涉及一种计算机组成原理的实验装置，属计算机教学实验仪器技术领域。

背景技术：

计算机组成原理是大学很重要的基础课，现有的计算机组成原理实验装置，主要是由单片机作为控制单元分别与各个单元相连。通过单片机组成的控制单元控制和切换各个单元的选通及读信号。这种方式的组成原理实验仪中主控单元(微控器单元)发出的选通信号并没有直接到各个单元电路，而是先送到单片机控制单元，再由单片机控制单元输出到各个单元电路，学生做实验时测不到各个选通信号，实验的透明性不够，实验控制模式单一，不能满足不同的实验方案；同时计算机与实验仪之间使用串口转USB连接，增加了实验装置的不可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种计算机组成原理的实验装置，计算机嵌入在实验装置内，实验装置与计算机之间采用USB通信，并提供微程序控制与组合逻辑控制两种控制模式，满足不同实验条件的实验方案，同时减少了计算机与实验仪之间使用串口转USB连接造成的误差和错误。

本发明提出的一种计算机组成原理的实验装置，包括：时序发生器、存储器、运算器和控制器；其中，(1)时序发生器用于根据接收时序控制信号总线上的控制信号产生本计算机组成原理实验装置所需的节拍信号和复位信号，节拍信号送节拍信号总线，复位信号送复位信号线；控制各种操作的时间，接收控制信号，停止节拍信号的输出；(2)微程序控制器，用于接收时序信号总线上的信号，接收节拍信号总线上的节拍信号，接收复位信号线上的复位信号，根据复位信号、指令操作码和节拍信号产生本计算机组成原理实验装置所需的全部控制信号；(3)组合逻辑控制器，用于接收时序信号总线上的信号，接收节拍信号总线上的节拍信号，接收复位信号线上的复位信号，根据复位信号、指令操作码和节拍信号产生本计算机组成原理实验装置所需的全部控制信号；上述微程序控制器和组合逻辑控制器都能独立控制计算机组成原理实验装置其他部分的运行；在使用微程序控制器时，只能使用微程序控制器产生的控制信号；在使用组合逻辑控制器时，只能使用组合逻辑控制器产生的控制信号；所述微程序控制器每一个微程序包含一条或几条微指令，每一条微指令对应一个或几个控制各部件动作的微操作指令，所有微程序储存在存贮器中，所述计算机组成原理的实验装置与计算机之间采用USB通信，所述计算机嵌入在实验装置内。其中，所述微程序控制器包括控制存贮器、微命令寄存器、微地址寄存器、指令寄存器和指令译码器，根据指令寄存器的状态条件，译码生成该机器指令对应的微地址，送入微地址寄存器；如果不在取指条件，微地址寄存器的微地址来自于微指令寄存器并将控制存贮器中输出的微指令锁存到微指令寄存器中。

本发明提供的一种计算机组成原理的实验装置，计算机嵌入在实验装置内，实验装置与计算机之间采用USB通信，并提供微程序控制与组合逻辑控制两种控制模式，满足不同实验条件的实验方案，同时减少了计算机与实验仪之间使用串口转USB连接造成的误差和错误。

附图说明

图1本发明提出的计算机组成原理实验装置的结构框图；

图2本发明微程序控制器原理框图；

图3本发明运算器原理框图；

图4(1)、(2)(3)本发明一种实施方式。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提出的计算机组成原理实验装置的结构框图，包括：时序发生器、存储器、运算器和控制器；其中，(1)时序发生器用于根据接收时序控制信号总线上的控制信号产生本计算机组成原理实验装置所需的节拍信号和复位信号，节拍信号送节拍信号总线，复位信号送复位信号线；控制各种操作的时间，接收控制信号，停止节拍信号的输出；(2)微程序控制器，用于接收时序信号总线上的信号，接收节拍信号总线上的节拍信号，接收复位信号线上的复位信号，根据复位信号、指令操作码和节拍信号产生本计算机组成原理实验装置所需的全部控制信号；(3)组合逻辑控制器，用于接收时序信号总线上的信号，接收节拍信号总线上的节拍信号，接收复位信号线上的复位信号，根据复位信号、指令操作码和节拍信号产生本计算机组成原理实验装置所需的全部控制信号；上述微程序控制器和组合逻辑控制器都能独立控制计算机组成原理实验装置其他部分的运行；在使用微程序控制器时，只能使用微程序控制器产生的控制信号；在使用组合逻辑控制器时，只能使用组合逻辑控制器产生的控制信号；所述微程序控制器每一个微程序包含一条或几条微指令，每一条微指令对应一个或几个控制各部件动作的微操作指令，所有微程序储存在存贮器中，所述计算机嵌入在实验装置内，所述计算机组成原理的实验装置与计算机之间采用USB通信。

如图2所示，其中，所述微程序控制器包括控制存贮器、微命令寄存器、微地址寄存器、指令寄存器和指令译码器，根据指令寄存器的状态条件，译码生成该机器指令对应的微地址，送入微地址寄存器；如果不在取指条件，微地址寄存器的微地址来自于微指令寄存器并将控制存贮器中输出的微指令锁存到微指令寄存器中。

如图3所示，运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据(有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM)，控制信号S3..S0、CN_I决定哪个部件工作、对操作数进行何种运算，S3..S0通过多路选择开关选择这个部件的结果作为ALU的输出；如果运算影响进位标志FC、零标志FZ、正负标志位FS，在T3状态的下降沿，结果分别锁存到FC、FZ、FS；I是中断允许标志位。

本发明使用微程序控制器工作时，如图4(1)所示，它包含运算器(ALU)、通用寄存器(R0)、程序计数器(PC)、地址寄存器(MAR)、指令寄存器(IR)、微程序控制器(uM)等部件，加上程序计数器(PC)、地址寄存器(MAR)、存贮器MEM。见图4(2)程序计数器(PC)原理图和图4(3)地址寄存器(MAR)原理图，PC由带预置功能的计数器(二片74HC161)、输出到地址总线三态门、输出到内部数据总线iDBus的三态门、PC显示电路组成。按下CON单元的nRst键，可以复位PC；wPC低电平，在T3的下降沿将iDBus上数据写到PC中；PC+1信号高电平，在T3的下降沿，PC+1->PC；rPC有效，在T1、T2时刻，PC数据输出到iDBus上；nPCOE有效，PC数据输出到地址总线上。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。