本發(fā)明涉及一種計算機組成原理的實驗裝置，屬計算機教學實驗儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

計算機組成原理是大學很重要的基礎(chǔ)課，現(xiàn)有的計算機組成原理實驗裝置，主要是由單片機作為控制單元分別與各個單元相連。通過單片機組成的控制單元控制和切換各個單元的選通及讀信號。這種方式的組成原理實驗儀中主控單元(微控器單元)發(fā)出的選通信號并沒有直接到各個單元電路，而是先送到單片機控制單元，再由單片機控制單元輸出到各個單元電路，學生做實驗時測不到各個選通信號，實驗的透明性不夠，實驗控制模式單一，不能滿足不同的實驗方案；同時計算機與實驗儀之間使用串口轉(zhuǎn)USB連接，增加了實驗裝置的不可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種計算機組成原理的實驗裝置，計算機嵌入在實驗裝置內(nèi)，實驗裝置與計算機之間采用USB通信，并提供微程序控制與組合邏輯控制兩種控制模式，滿足不同實驗條件的實驗方案，同時減少了計算機與實驗儀之間使用串口轉(zhuǎn)USB連接造成的誤差和錯誤。

本發(fā)明提出的一種計算機組成原理的實驗裝置，包括：時序發(fā)生器、存儲器、運算器和控制器；其中，(1)時序發(fā)生器用于根據(jù)接收時序控制信號總線上的控制信號產(chǎn)生本計算機組成原理實驗裝置所需的節(jié)拍信號和復位信號，節(jié)拍信號送節(jié)拍信號總線，復位信號送復位信號線；控制各種操作的時間，接收控制信號，停止節(jié)拍信號的輸出；(2)微程序控制器，用于接收時序信號總線上的信號，接收節(jié)拍信號總線上的節(jié)拍信號，接收復位信號線上的復位信號，根據(jù)復位信號、指令操作碼和節(jié)拍信號產(chǎn)生本計算機組成原理實驗裝置所需的全部控制信號；(3)組合邏輯控制器，用于接收時序信號總線上的信號，接收節(jié)拍信號總線上的節(jié)拍信號，接收復位信號線上的復位信號，根據(jù)復位信號、指令操作碼和節(jié)拍信號產(chǎn)生本計算機組成原理實驗裝置所需的全部控制信號；上述微程序控制器和組合邏輯控制器都能獨立控制計算機組成原理實驗裝置其他部分的運行；在使用微程序控制器時，只能使用微程序控制器產(chǎn)生的控制信號；在使用組合邏輯控制器時，只能使用組合邏輯控制器產(chǎn)生的控制信號；所述微程序控制器每一個微程序包含一條或幾條微指令，每一條微指令對應(yīng)一個或幾個控制各部件動作的微操作指令，所有微程序儲存在存貯器中，所述計算機組成原理的實驗裝置與計算機之間采用USB通信，所述計算機嵌入在實驗裝置內(nèi)。其中，所述微程序控制器包括控制存貯器、微命令寄存器、微地址寄存器、指令寄存器和指令譯碼器，根據(jù)指令寄存器的狀態(tài)條件，譯碼生成該機器指令對應(yīng)的微地址，送入微地址寄存器；如果不在取指條件，微地址寄存器的微地址來自于微指令寄存器并將控制存貯器中輸出的微指令鎖存到微指令寄存器中。

本發(fā)明提供的一種計算機組成原理的實驗裝置，計算機嵌入在實驗裝置內(nèi)，實驗裝置與計算機之間采用USB通信，并提供微程序控制與組合邏輯控制兩種控制模式，滿足不同實驗條件的實驗方案，同時減少了計算機與實驗儀之間使用串口轉(zhuǎn)USB連接造成的誤差和錯誤。

附圖說明

圖1本發(fā)明提出的計算機組成原理實驗裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2本發(fā)明微程序控制器原理框圖；

圖3本發(fā)明運算器原理框圖；

圖4(1)、(2)(3)本發(fā)明一種實施方式。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細的說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提出的計算機組成原理實驗裝置的結(jié)構(gòu)框圖，包括：時序發(fā)生器、存儲器、運算器和控制器；其中，(1)時序發(fā)生器用于根據(jù)接收時序控制信號總線上的控制信號產(chǎn)生本計算機組成原理實驗裝置所需的節(jié)拍信號和復位信號，節(jié)拍信號送節(jié)拍信號總線，復位信號送復位信號線；控制各種操作的時間，接收控制信號，停止節(jié)拍信號的輸出；(2)微程序控制器，用于接收時序信號總線上的信號，接收節(jié)拍信號總線上的節(jié)拍信號，接收復位信號線上的復位信號，根據(jù)復位信號、指令操作碼和節(jié)拍信號產(chǎn)生本計算機組成原理實驗裝置所需的全部控制信號；(3)組合邏輯控制器，用于接收時序信號總線上的信號，接收節(jié)拍信號總線上的節(jié)拍信號，接收復位信號線上的復位信號，根據(jù)復位信號、指令操作碼和節(jié)拍信號產(chǎn)生本計算機組成原理實驗裝置所需的全部控制信號；上述微程序控制器和組合邏輯控制器都能獨立控制計算機組成原理實驗裝置其他部分的運行；在使用微程序控制器時，只能使用微程序控制器產(chǎn)生的控制信號；在使用組合邏輯控制器時，只能使用組合邏輯控制器產(chǎn)生的控制信號；所述微程序控制器每一個微程序包含一條或幾條微指令，每一條微指令對應(yīng)一個或幾個控制各部件動作的微操作指令，所有微程序儲存在存貯器中，所述計算機嵌入在實驗裝置內(nèi)，所述計算機組成原理的實驗裝置與計算機之間采用USB通信。

如圖2所示，其中，所述微程序控制器包括控制存貯器、微命令寄存器、微地址寄存器、指令寄存器和指令譯碼器，根據(jù)指令寄存器的狀態(tài)條件，譯碼生成該機器指令對應(yīng)的微地址，送入微地址寄存器；如果不在取指條件，微地址寄存器的微地址來自于微指令寄存器并將控制存貯器中輸出的微指令鎖存到微指令寄存器中。

如圖3所示，運算器內(nèi)部含有三個獨立運算部件，分別為算術(shù)、邏輯和移位運算部件，要處理的數(shù)據(jù)存于暫存器A和暫存器B，三個部件同時接受來自A和B的數(shù)據(jù)(有些處理器體系結(jié)構(gòu)把移位運算器放于算術(shù)和邏輯運算部件之前，如ARM)，控制信號S3..S0、CN_I決定哪個部件工作、對操作數(shù)進行何種運算，S3..S0通過多路選擇開關(guān)選擇這個部件的結(jié)果作為ALU的輸出；如果運算影響進位標志FC、零標志FZ、正負標志位FS，在T3狀態(tài)的下降沿，結(jié)果分別鎖存到FC、FZ、FS；I是中斷允許標志位。

本發(fā)明使用微程序控制器工作時，如圖4(1)所示，它包含運算器(ALU)、通用寄存器(R0)、程序計數(shù)器(PC)、地址寄存器(MAR)、指令寄存器(IR)、微程序控制器(uM)等部件，加上程序計數(shù)器(PC)、地址寄存器(MAR)、存貯器MEM。見圖4(2)程序計數(shù)器(PC)原理圖和圖4(3)地址寄存器(MAR)原理圖，PC由帶預置功能的計數(shù)器(二片74HC161)、輸出到地址總線三態(tài)門、輸出到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線iDBus的三態(tài)門、PC顯示電路組成。按下CON單元的nRst鍵，可以復位PC；wPC低電平，在T3的下降沿將iDBus上數(shù)據(jù)寫到PC中；PC+1信號高電平，在T3的下降沿，PC+1->PC；rPC有效，在T1、T2時刻，PC數(shù)據(jù)輸出到iDBus上；nPCOE有效，PC數(shù)據(jù)輸出到地址總線上。

對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。