【正文】 版權(quán)聲明本用戶手冊(cè)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(gè)人不得擅自摘抄、復(fù)制本用戶手冊(cè)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用戶手冊(cè)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(diǎn) 1 系統(tǒng)構(gòu)成 3 系統(tǒng)主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)單元電路 8 注意事項(xiàng) 21第4章 TDCMA系統(tǒng)集成操作軟件 22 與PC聯(lián)機(jī)說明 22 軟件操作說明 22第5章 TDCMA系統(tǒng)檢測(cè)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用戶手冊(cè) 西安唐都科教儀器公司第1章 TDCMA系統(tǒng)概述TDCMA 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是西安唐都科教儀器公司2008年推出的新一代計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備可使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來更有效的理解并掌握計(jì)算機(jī)的構(gòu)成，為進(jìn)一步開展具有實(shí)用價(jià)值的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)1．先進(jìn)豐富的課程內(nèi)容使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形調(diào)試實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行計(jì)算機(jī)組成原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比以往各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備增加了并行運(yùn)算器、Cache高速緩存、CPU設(shè)計(jì)、外總線接口設(shè)計(jì)、中斷、DMA等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并可開展CISC、RISC、重疊、流水等先進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究。2．先進(jìn)設(shè)計(jì)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(jìn)設(shè)計(jì)開發(fā)工具QUARTUS II來開展設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，具有更好的實(shí)用價(jià)值。 3．先進(jìn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形調(diào)試方式系統(tǒng)為各計(jì)算機(jī)部件（運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器）分別提供了實(shí)時(shí)動(dòng)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(shí)時(shí)跟蹤部件的工作狀態(tài)。在模型計(jì)算機(jī)整機(jī)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(dòng)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(jìn)和實(shí)用的調(diào)試功能，這些圖形調(diào)試方式及功能使得實(shí)驗(yàn)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(jìn)的運(yùn)算器部件運(yùn)算器部件由一片CPLD來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)含算術(shù)、邏輯和移位三個(gè)運(yùn)算部件，其中移位運(yùn)算采用桶形移位器，各部件獨(dú)立并行工作，體現(xiàn)了主流運(yùn)算器設(shè)計(jì)思想。5．Cache控制器部件設(shè)計(jì)提供Cache高速緩存控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可深刻理解高速緩存的基本原理和設(shè)計(jì)思想。6．開放的控制器部件設(shè)計(jì)微程序控制器部件由微程序存儲(chǔ)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(jì)確定。也可以使用CPLD構(gòu)造組合邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬布線控制器的設(shè)計(jì)。7．先進(jìn)的系統(tǒng)總線和總線接口設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了先進(jìn)的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，與主流的X86微機(jī)具有相似的系統(tǒng)總線和總線接口設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的模型計(jì)算機(jī)總線接口信號(hào)，除數(shù)據(jù)總線、地址總線外，其控制總線是需要根據(jù)計(jì)算機(jī)功能的要求來設(shè)計(jì)的，由此便可以開展關(guān)于計(jì)算機(jī)總線接口的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。如：基本輸入輸出功能的總線接口設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、具有中斷控制功能和DMA控制功能的總線接口設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。8．更為靈活、更為實(shí)用的時(shí)序發(fā)生電路和操作臺(tái)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)提供的時(shí)序發(fā)生器其機(jī)器周期可以在2節(jié)拍和4節(jié)拍之間選擇，這為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了更大的靈活性；系統(tǒng)的本地操作控制臺(tái)也是全新的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)在獨(dú)立使用時(shí)，操作起來更為合理、更為方便和實(shí)用。9．系統(tǒng)電路的保護(hù)性設(shè)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)報(bào)警等多處保護(hù)性電路設(shè)計(jì)，可進(jìn)一步保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。10．系統(tǒng)電路檢測(cè)功能和實(shí)驗(yàn)電路查錯(cuò)功能系統(tǒng)提供了系統(tǒng)電路檢測(cè)功能和實(shí)驗(yàn)電路查錯(cuò)功能，既可對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行維護(hù)性檢測(cè)，還可對(duì)實(shí)驗(yàn)電路連線的正確與否進(jìn)行檢查，能夠精確檢查到用戶的每一根實(shí)驗(yàn)電路連線。 系統(tǒng)構(gòu)成TDCMA實(shí)驗(yàn)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(chǔ)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(yùn)算部件， A、B顯示燈，4個(gè)通用寄存器PCamp。AR單元程序計(jì)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(kuò)展總線LED顯示燈，擴(kuò)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(shí)序與操作臺(tái)單元時(shí)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(yàn)電路，本地機(jī)器調(diào)試及運(yùn)行操作控制電路SYS單元系統(tǒng)監(jiān)視電路，總線競(jìng)爭(zhēng)報(bào)警電路邏輯測(cè)量單元4路邏輯示波器擴(kuò)展單元LED顯示燈，擴(kuò)展接線座CPLD擴(kuò)展板ALTERA MAX II EPM1270T144C5，下載電路，LED顯示燈 系統(tǒng)主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1．運(yùn)算器及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（1）基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)（2）超前進(jìn)位加法器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（3）陣列乘法器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2．存儲(chǔ)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（1）靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)（2）Cache控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)3．控制器及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（1）時(shí)序發(fā)生器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（2）微程序控制器實(shí)驗(yàn)4．系統(tǒng)總線與總線接口實(shí)驗(yàn)（1）系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)（2）具有中斷控制功能的總線接口設(shè)計(jì)（3）具有DMA控制功能的總線接口設(shè)計(jì)5．模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（1）CPU與簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（2）硬布線控制器模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（3）復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)6．輸入、輸出系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（1）具有中斷處理功能的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（2）具有DMA處理功能的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（3）典型I/O接口8253擴(kuò)展設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)7．先進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及研究實(shí)驗(yàn)（1）基于RISC處理器的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（2）基于重疊技術(shù)的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（3）基于流水技術(shù)的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)第2章 TDCMA系統(tǒng)的配置與安裝 系統(tǒng)配置TDCMA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)出廠時(shí)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(xiàng)目內(nèi)容數(shù)量項(xiàng)目內(nèi)容數(shù)量微程序控制器28163程序地址計(jì)數(shù)器CPLD174LS245574LS245174LS041控制總線74LS74374LS743GAL16V8174LS2732IN單元撥動(dòng)開關(guān)874LS175174LS245274LS1382地址總線74LS1391GAL16V81CON單元74LS2451三檔開關(guān)1撥動(dòng)開關(guān)24運(yùn)算器ALU1清零按鈕174LS2454CPLD擴(kuò)展板EPM1270T144C51SYS單元單片機(jī)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(kuò)展單元LED燈874LS321數(shù)據(jù)總線74LS2451時(shí)序單元三檔開關(guān)5通訊電纜RS232C15551下載電纜ByteBlaster174LS001機(jī)內(nèi)電源5V，177。12V1微動(dòng)按鈕2實(shí)驗(yàn)用排線若干OUT單元7段數(shù)碼管2程序存儲(chǔ)器74LS245374LS273161161GAL16V8274LS3741集成操作軟件1 系統(tǒng)的安裝1．TDCMA系統(tǒng)與PC微機(jī)相連用RS232C通訊電纜一根，按圖21所示，將PC微機(jī)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(jī)聯(lián)機(jī)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(jī)軟件的安裝(1) 軟件運(yùn)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(yùn)行?？梢酝ㄟ^“資源管理器”，找到光盤驅(qū)動(dòng)器本軟件安裝目錄下的‘’，雙擊執(zhí)行它，按屏幕提示進(jìn)行安裝操作。“TDCMA”軟件安裝成功后，在“開始”的“程序”里將出現(xiàn)“CMA”程序組，點(diǎn)擊“CMA”即可執(zhí)行程序。(3) 卸載軟件。聯(lián)機(jī)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(yùn)行“卸載”項(xiàng)，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(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)的，如圖31所示，最上面一部分是SYS單元，這個(gè)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(kuò)展板，邏輯測(cè)量單元位于SYS單元的左側(cè)，時(shí)序與操作臺(tái)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(duì)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(shí)驗(yàn)箱中上部對(duì)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(jì)算機(jī)。系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，為了對(duì)微控器或是主存進(jìn)行讀寫操作，在實(shí)驗(yàn)箱下方的CON單元中安排了一個(gè)開關(guān)組SD07~SD00，專門用來給出主/控存的地址。在進(jìn)行部件實(shí)驗(yàn)時(shí)，有很多的控制信號(hào)需要用二進(jìn)制開關(guān)模擬給出，所以在實(shí)驗(yàn)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