【正文】 版權(quán)聲明本用戶手冊的版權(quán)歸西安唐都科教儀器開發(fā)有限責(zé)任公司所有，保留一切權(quán)利。非經(jīng)本公司書面許可，任何單位和個人不得擅自摘抄、復(fù)制本用戶手冊的部分或全部，并以任何形式傳播。西安唐都科教儀器開發(fā)有限責(zé)任公司，19992008(C)，All right reserved.TDCMA實驗系統(tǒng)用戶手冊169。版權(quán)所有 非經(jīng)許可 嚴(yán)禁復(fù)制技術(shù)支持郵箱：tangdukejiao@唐都公司網(wǎng)址：目 錄第1章 TDCMA系統(tǒng)概述 1 系統(tǒng)功能及特點 1 系統(tǒng)構(gòu)成 3 系統(tǒng)主要實驗項目 4第2章 TDCMA系統(tǒng)的配置與安裝 5 系統(tǒng)配置 5 系統(tǒng)的安裝 6第3章 TDCMA系統(tǒng)硬件環(huán)境 7 系統(tǒng)硬件布局圖 7 系統(tǒng)電源 7 系統(tǒng)實驗單元電路 8 注意事項 21第4章 TDCMA系統(tǒng)集成操作軟件 22 與PC聯(lián)機說明 22 軟件操作說明 22第5章 TDCMA系統(tǒng)檢測功能說明 32第6章 TDCMA系統(tǒng)常見故障的分析及處理 34附錄1 微程序流圖編程方法 35 TDCMA實驗系統(tǒng)用戶手冊 西安唐都科教儀器公司第1章 TDCMA系統(tǒng)概述TDCMA 教學(xué)實驗系統(tǒng)是西安唐都科教儀器公司2008年推出的新一代計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)的實驗設(shè)備，該設(shè)備可使學(xué)生通過實驗來更有效的理解并掌握計算機的構(gòu)成，為進一步開展具有實用價值的計算機系統(tǒng)的設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)功能及特點1．先進豐富的課程內(nèi)容使用實時動態(tài)圖形調(diào)試實驗方法，進行計算機組成原理的實驗教學(xué)，比以往各種實驗設(shè)備增加了并行運算器、Cache高速緩存、CPU設(shè)計、外總線接口設(shè)計、中斷、DMA等實驗內(nèi)容，并可開展CISC、RISC、重疊、流水等先進計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和實驗研究。2．先進設(shè)計方法和開發(fā)工具采用VHDL語言、ALTREA公司最新MAXII系列CPLD和先進設(shè)計開發(fā)工具QUARTUS II來開展設(shè)計性的實驗，具有更好的實用價值。 3．先進的實時動態(tài)圖形調(diào)試方式系統(tǒng)為各計算機部件（運算器、存儲器、控制器）分別提供了實時動態(tài)圖形調(diào)試工具，使得學(xué)生可以輕松了解復(fù)雜部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作方法，并可實時跟蹤部件的工作狀態(tài)。在模型計算機整機調(diào)試的圖形調(diào)試工具方面，系統(tǒng)除提供數(shù)據(jù)通路圖、微程序流程圖二種圖形調(diào)試方式外，還增加了交互式微程序自動生成和當(dāng)前微指令功能的模擬、系統(tǒng)調(diào)試過程的保存及回放等多種先進和實用的調(diào)試功能，這些圖形調(diào)試方式及功能使得實驗過程更為形象直觀，好教好學(xué)，具有更為優(yōu)秀的示教效果。4．先進的運算器部件運算器部件由一片CPLD來實現(xiàn)，內(nèi)含算術(shù)、邏輯和移位三個運算部件，其中移位運算采用桶形移位器，各部件獨立并行工作，體現(xiàn)了主流運算器設(shè)計思想。5．Cache控制器部件設(shè)計提供Cache高速緩存控制器設(shè)計實驗，可深刻理解高速緩存的基本原理和設(shè)計思想。6．開放的控制器部件設(shè)計微程序控制器部件由微程序存儲器，微命令寄存器，微地址寄存器，微命令譯碼器，編程電路等構(gòu)成，其微指令格式和微指令定義可由用戶自行設(shè)計確定。也可以使用CPLD構(gòu)造組合邏輯控制器，實現(xiàn)計算機硬布線控制器的設(shè)計。7．先進的系統(tǒng)總線和總線接口設(shè)計系統(tǒng)提供了先進的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，與主流的X86微機具有相似的系統(tǒng)總線和總線接口設(shè)計。實驗構(gòu)建的模型計算機總線接口信號，除數(shù)據(jù)總線、地址總線外，其控制總線是需要根據(jù)計算機功能的要求來設(shè)計的，由此便可以開展關(guān)于計算機總線接口的設(shè)計實驗。如：基本輸入輸出功能的總線接口設(shè)計實驗、具有中斷控制功能和DMA控制功能的總線接口設(shè)計實驗等。8．更為靈活、更為實用的時序發(fā)生電路和操作臺設(shè)計 系統(tǒng)提供的時序發(fā)生器其機器周期可以在2節(jié)拍和4節(jié)拍之間選擇，這為實驗教學(xué)提供了更大的靈活性；系統(tǒng)的本地操作控制臺也是全新的設(shè)計，使得系統(tǒng)在獨立使用時，操作起來更為合理、更為方便和實用。9．系統(tǒng)電路的保護性設(shè)計保證了系統(tǒng)的安全性系統(tǒng)除了采用了具有抗短路、抗過流的高性能穩(wěn)壓電源來保證產(chǎn)品的安全性外，還增加了總線競爭報警等多處保護性電路設(shè)計，可進一步保證系統(tǒng)的安全運行。10．系統(tǒng)電路檢測功能和實驗電路查錯功能系統(tǒng)提供了系統(tǒng)電路檢測功能和實驗電路查錯功能，既可對系統(tǒng)電路進行維護性檢測，還可對實驗電路連線的正確與否進行檢查，能夠精確檢查到用戶的每一根實驗電路連線。 系統(tǒng)構(gòu)成TDCMA實驗系統(tǒng)硬件內(nèi)容如表11所示。表11 TDCMA系統(tǒng)硬件內(nèi)容MC單元微程序存儲器，微命令寄存器，微地址寄存器，微命令譯碼器等ALUamp。REG單元算術(shù)邏輯移位運算部件， A、B顯示燈，4個通用寄存器PCamp。AR單元程序計數(shù)器，地址寄存器IR單元指令寄存器，指令譯碼邏輯，寄存器譯碼邏輯CPU內(nèi)總線CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)排線座控制總線讀寫譯碼邏輯，CPU中斷使能寄存器，DMA控制邏輯數(shù)據(jù)總線LED顯示燈，數(shù)據(jù)排線座地址總線LED顯示燈，地址譯碼電路，數(shù)據(jù)排線座擴展總線LED顯示燈，擴展總線排線座IN單元8位開關(guān)，LED顯示燈OUT單元數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示譯碼電路MEM單元SRAM61168259單元8259一片8237單元8237一片8253單元8253一片CON單元3組8位開關(guān)，系統(tǒng)清零按鈕時序與操作臺單元時序發(fā)生電路，555多諧振蕩電路，單脈沖電路本地主/控存編程、校驗電路，本地機器調(diào)試及運行操作控制電路SYS單元系統(tǒng)監(jiān)視電路，總線競爭報警電路邏輯測量單元4路邏輯示波器擴展單元LED顯示燈，擴展接線座CPLD擴展板ALTERA MAX II EPM1270T144C5，下載電路，LED顯示燈 系統(tǒng)主要實驗項目1．運算器及設(shè)計實驗（1）基本運算器實驗（2）超前進位加法器設(shè)計實驗（3）陣列乘法器設(shè)計實驗2．存儲系統(tǒng)及設(shè)計實驗（1）靜態(tài)隨機存儲器實驗（2）Cache控制器設(shè)計實驗3．控制器及設(shè)計實驗（1）時序發(fā)生器設(shè)計實驗（2）微程序控制器實驗4．系統(tǒng)總線與總線接口實驗（1）系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實驗（2）具有中斷控制功能的總線接口設(shè)計（3）具有DMA控制功能的總線接口設(shè)計5．模型計算機的設(shè)計實驗（1）CPU與簡單模型機設(shè)計實驗（2）硬布線控制器模型機設(shè)計實驗（3）復(fù)雜模型機設(shè)計實驗6．輸入、輸出系統(tǒng)實驗（1）具有中斷處理功能的模型計算機設(shè)計實驗（2）具有DMA處理功能的模型計算機設(shè)計實驗（3）典型I/O接口8253擴展設(shè)計實驗7．先進計算機結(jié)構(gòu)的設(shè)計及研究實驗（1）基于RISC處理器的模型計算機設(shè)計實驗（2）基于重疊技術(shù)的模型計算機設(shè)計實驗（3）基于流水技術(shù)的模型計算機設(shè)計實驗第2章 TDCMA系統(tǒng)的配置與安裝 系統(tǒng)配置TDCMA實驗系統(tǒng)出廠時已全部安裝完好，其中的元件配置情況如表21所示。表21　TDCMA系統(tǒng)的主要配置項目內(nèi)容數(shù)量項目內(nèi)容數(shù)量微程序控制器28163程序地址計數(shù)器CPLD174LS245574LS245174LS041控制總線74LS74374LS743GAL16V8174LS2732IN單元撥動開關(guān)874LS175174LS245274LS1382地址總線74LS1391GAL16V81CON單元74LS2451三檔開關(guān)1撥動開關(guān)24運算器ALU1清零按鈕174LS2454CPLD擴展板EPM1270T144C51SYS單元單片機1LED燈16MAX2321指令譯碼器GAL20V8174LS2455寄存器譯碼器GAL16V8174LS37418259單元8259174LS13828237單元8237174LS0018253單元8253174LS041擴展單元LED燈874LS321數(shù)據(jù)總線74LS2451時序單元三檔開關(guān)5通訊電纜RS232C15551下載電纜ByteBlaster174LS001機內(nèi)電源5V，177。12V1微動按鈕2實驗用排線若干OUT單元7段數(shù)碼管2程序存儲器74LS245374LS273161161GAL16V8274LS3741集成操作軟件1 系統(tǒng)的安裝1．TDCMA系統(tǒng)與PC微機相連用RS232C通訊電纜一根，按圖21所示，將PC微機串口和TDCMA系統(tǒng)中的串口連接在一起。圖21　TDCMA系統(tǒng)與PC微機聯(lián)機示意圖串行通訊電纜的接線情況如圖22所示：圖22 串口連接示意圖2．TDCMA系統(tǒng)聯(lián)機軟件的安裝(1) 軟件運行環(huán)境。操作系統(tǒng)：Windows 98/NT/2000/XP最低配置：CPU：奔騰300MHz內(nèi)存：64MB顯示卡：標(biāo)準(zhǔn)VGA，256色顯示模式以上硬盤：20MB以上光驅(qū)：標(biāo)準(zhǔn)CDROM(2) 安裝軟件與運行?？梢酝ㄟ^“資源管理器”，找到光盤驅(qū)動器本軟件安裝目錄下的‘’，雙擊執(zhí)行它，按屏幕提示進行安裝操作?！癟DCMA”軟件安裝成功后，在“開始”的“程序”里將出現(xiàn)“CMA”程序組，點擊“CMA”即可執(zhí)行程序。(3) 卸載軟件。聯(lián)機軟件提供了自卸載功能，使您可以方便地刪除“TDCMA”的所有文件、程序組或快捷方式。單擊【開始】/【程序】打開“CMA”的程序組，然后運行“卸載”項，就可執(zhí)行卸載功能，按照屏幕提示操作即可以安全、快速地刪除“TDCMA”。第3章 TDCMA系統(tǒng)硬件環(huán)境 系統(tǒng)硬件布局圖系統(tǒng)硬件的電路布局是按照計算機組成結(jié)構(gòu)來設(shè)計的，如圖31所示，最上面一部分是SYS單元，這個單元是非操作區(qū)，其余單元均為操作區(qū)，在SYS單元之上架有CPLD擴展板，邏輯測量單元位于SYS單元的左側(cè)，時序與操作臺單元位于SYS單元的右側(cè)。所有構(gòu)成CPU的單元放在中間區(qū)域的左邊，并標(biāo)注有‘CPU’，CPU對外表現(xiàn)的是三總線：控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總線，三總線并排位于CPU右側(cè)。與三總線掛接的主存和各種IO設(shè)備，都集中放在系統(tǒng)總線的右側(cè)。在實驗箱中上部對CPU、系統(tǒng)總線、主存及外設(shè)分別有清晰的絲印標(biāo)注，通過這三部分的模塊可以方便地構(gòu)造各種不同復(fù)雜程度的模型計算機。系統(tǒng)獨立運行時，為了對微控器或是主存進行讀寫操作，在實驗箱下方的CON單元中安排了一個開關(guān)組SD07~SD00，專門用來給出主/控存的地址。在進行部件實驗時，有很多的控制信號需要用二進制開關(guān)模擬給出，所以在實驗箱的最下方安排的是控制開關(guān)單元CON單元。圖31 TDCMA 系統(tǒng)布局圖 系統(tǒng)電源