計算機(jī)組成原理實驗室是計算機(jī)、電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實驗室，實驗室配有計算機(jī)組成原理實驗箱及多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，可以完成《計算機(jī)組成原理》、《計算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》、《數(shù)字電路》等課程的實驗教學(xué)和相關(guān)的課程設(shè)計。
計算機(jī)組成原理實驗室可按照技術(shù)層級規(guī)劃展開項目實驗，課程資源由淺入深，涵蓋計算機(jī)組成原理，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)課程實驗資源，通過“講、練、做、用”的教學(xué)模式，形成系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)路徑，從而促進(jìn)學(xué)生對計算機(jī)組成原理與體系機(jī)構(gòu)技術(shù)知識體系有著生動的認(rèn)知，快速提升相應(yīng)的開發(fā)應(yīng)用能力，提前掌握并具備工作后可能從事崗位的部分專業(yè)技能。
計算機(jī)組成原理實驗室是以本科實驗教學(xué)為中心，加強(qiáng)研究生培養(yǎng)和科研基地建設(shè)，推進(jìn)學(xué)科學(xué)位建設(shè)發(fā)展�，F(xiàn)為計算機(jī)學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動化、軟件工程等專業(yè)；光電信息工程學(xué)院的電子信息科學(xué)與技術(shù)，電子信息工程、通信工程等專業(yè)的實驗教學(xué)與科研基地。
計算機(jī)組成原理實驗箱利用先進(jìn)的EDA 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計、仿真、調(diào)試，擺脫了傳統(tǒng)的硬件接線方式。通過各單元部件的實驗，要求學(xué)生掌握各芯片之間的連接、各功能模塊之間的相互聯(lián)系，了解計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和運(yùn)行方式，提高學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力，鍛煉學(xué)生邏輯思維能力與推理判斷能力，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計硬件電路、分析問題和解決問題的能力。
·實驗室承擔(dān)的主要工作
本實驗室的實驗教學(xué)要求是使學(xué)生掌握層次化設(shè)計方法、同步計數(shù)器、多路開關(guān)設(shè)計、微程序控制的運(yùn)算器、存儲器讀寫等的設(shè)計，以及分析編程，設(shè)計選型、性能測試等。培養(yǎng)學(xué)生在計算機(jī)原理、體系結(jié)構(gòu)等方向的理論聯(lián)系實際意識和基本實驗技能。
本實驗室的實驗教學(xué)必要的基礎(chǔ)理論知識是：計算機(jī)組成原理、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)字電路等課程。
三、儀器設(shè)備清單
| 序號 | 設(shè)備名稱 | 設(shè)備型號 | 數(shù)量 |
| 1 | 超強(qiáng)型計算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗箱 | DB-CPTH+ | 30臺 |
| 2 | 品牌電腦（其中30臺學(xué)生機(jī)+1臺教師機(jī)） | 學(xué)校自購 | 31臺 |
| 3 | 實驗桌椅 | 學(xué)校自購 | 30套 |
| 4 | 綜合布線 | 學(xué)校自購 | 1項 |
| 5 | 交換機(jī) | 學(xué)校自購 | 1項 |
| 6 | 展示收納柜 | 學(xué)校自購 | 2個 |
DB-CPTH+ 超強(qiáng)型計算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗箱
DB-CPTH+ 超強(qiáng)型計算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗箱是上海頂邦公司最新推出的一款功能強(qiáng)、性能好，軟件硬件都是一流的高性能計算機(jī)組成原理實驗儀產(chǎn)品，系統(tǒng)電路采用了多片CPLD大大提高了可靠性和功能提升的可能性，軟件提供了詳盡的信息窗口、運(yùn)行圖表和多類幫助信息，使教學(xué)的過程輕松自如。
一、系統(tǒng)特點
（1） 結(jié)構(gòu)清晰、實時監(jiān)視器
各單元部件都以計算機(jī)結(jié)構(gòu)模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有 8 位數(shù)據(jù)指示燈顯示其二進(jìn)制值，兩個8 段碼LED 顯示其十六進(jìn)制值，清楚明了，兩個數(shù)據(jù)流方向指示燈，以直觀反映當(dāng)前數(shù)據(jù)值及該數(shù)據(jù)從何處輸出，而又是被何單元接收的。這是該產(chǎn)品獨創(chuàng)的“實時監(jiān)視器”,使得系統(tǒng)在實驗時即使不借助PC 機(jī)，也可實時監(jiān)控數(shù)據(jù)流狀態(tài)及正確與否,徹底改變了其它實驗設(shè)備為監(jiān)控狀態(tài)必須加入讀操作的不真實實驗方法，使得學(xué)生十分容易認(rèn)識和理解計算機(jī)組成結(jié)構(gòu)。實驗系統(tǒng)各部件可以通過J1、J2、J3 座之間不同的連線組合，可進(jìn)行各部件獨立的實驗，也可進(jìn)行各部件組合實驗，再通過與控制線的組合，就可構(gòu)造出不同結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度的原理性計算機(jī)。
（2）開放式設(shè)計
實驗系統(tǒng)的軟硬件對用戶的實驗設(shè)計具有完全的開放特性。與眾不同的是:各實驗?zāi)K的數(shù)據(jù)線、地址線與系統(tǒng)之間的掛接是通過三態(tài)門，而不是其它實驗設(shè)備所采用的扁平連線方法，而數(shù)據(jù)線、地址線是否要與系統(tǒng)連通，則由用戶連線控制，這樣，就真實的再現(xiàn)了計算機(jī)工作步驟。需要強(qiáng)調(diào)指出的是：用“連線跨接”并不能說明其開放特性，而所謂的開放性應(yīng)指的是運(yùn)算器、控制器及微程序指定的格式及定義能否進(jìn)行修改和重新設(shè)計。DB-CPTH+系統(tǒng)的運(yùn)算器采用了代表現(xiàn)代科技的EDA 技術(shù)設(shè)計，隨機(jī)出廠時，已提供一套已裝載的方案，能進(jìn)行加、減、與、或、帶進(jìn)位加、帶進(jìn)位減、取反、直通八種運(yùn)算方式，若用戶不滿意該套方案，也可自行重新設(shè)計并通過JTAG 口下載�？刂破魑⒅付ǜ袷郊岸x可通過鍵盤和PC 機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計，從而產(chǎn)生與眾不同的指令系統(tǒng)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線均在總線插孔區(qū)引出，并設(shè)計了40 芯鎖進(jìn)插座，供用戶進(jìn)行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的擴(kuò)展實驗。系統(tǒng)提供的兩種控制器之一的組合邏輯控制器已下載有一套完整的實驗方案，用戶也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動化設(shè)計。
開放式設(shè)計的特點還在于，用戶可以設(shè)計自己的指令/微指令系統(tǒng)。系統(tǒng)中已帶有兩套指令/微程序系統(tǒng)，用戶可參照來設(shè)計新的指令/微程序系統(tǒng)。
（3）支持中斷實驗
采用最底層的器件設(shè)計而非有些產(chǎn)品所采用的集成器件 8259，從而讓學(xué)生可以從微程序?qū)用嫔蠈W(xué)習(xí)中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷入口地址的產(chǎn)生、中斷服務(wù)程序及中斷返回（RETI）整個過程。專家指出：“中斷”是單片機(jī)、微機(jī)、DSP 等學(xué)科中不可或缺的功能，故應(yīng)在計算機(jī)原組成原理這門基礎(chǔ)學(xué)科中對其進(jìn)行充分的學(xué)習(xí)和實驗。
(4) 兩種控制器方式
系統(tǒng)提供兩種控制器方式，即微程序控制器和組合邏輯控制器。在微程序控制器中，系統(tǒng)能提供在線編程，實時修改程序，顯示程序并調(diào)試進(jìn)行的操作環(huán)境。組合邏輯控制器，已下載有一套完整的實驗方案，用戶也可使用CPLD 工具在PC 機(jī)上進(jìn)行自動化設(shè)計。微程序控制器和組合邏輯控制器兩種類型都有流水和非流水兩種方案。
（5） 三種工作方式
1、手動方式——不連PC 機(jī)，通過實驗儀的開關(guān)輸入信號進(jìn)行實驗，用LCD 及各部件的8 個狀態(tài)LED，兩個LED 數(shù)碼管觀察運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果，手動進(jìn)行實驗；
2、聯(lián)機(jī)方式——連PC 機(jī)，通過WINDOWS 調(diào)試環(huán)境及圖形方式進(jìn)行更為直觀的實驗。在WINDOWS 調(diào)試環(huán)境中提供了功能強(qiáng)大的邏輯分析和跟蹤功能，既可以以波形的方式顯示各邏輯關(guān)系，也可在跟蹤器中，觀察到當(dāng)前狀態(tài)的說明及提示；
3、脫機(jī)方式——不連PC 機(jī)，通過實驗儀的鍵盤輸入程序、微程序，用LCD 及各部件的8 個狀態(tài)LED，兩個LED 數(shù)碼管觀察運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果，手動進(jìn)行實驗；
（6）完善的尋址方式
累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、存儲器尋址；
（7）運(yùn)算器和控制器采用CPLD LC4256芯片,支持VHDL語言、Verlog語言和圖形化語言.
（8）邏輯分析儀
對于教師而言，不難體會要講清時序關(guān)系是不容易的。而學(xué)生理解并利用時序關(guān)系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術(shù)的迅猛發(fā)展，在實際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進(jìn)行時序分析。 計算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實驗系統(tǒng)具備高性能邏輯分析功能，老師可通過電化教學(xué)設(shè)備向?qū)W生現(xiàn)場展示指令與時序的關(guān)系，可讓學(xué)生在實驗時直觀地觀測到指令與時序的關(guān)系，可有效的提高教學(xué)效果。
（8）豐富的調(diào)試手段，具有單步、微單步、運(yùn)行、暫停等功能。
（9）通過實驗儀或PC機(jī)鍵盤,在線動態(tài)修改寄存器、程序/微程序計數(shù)器、程序/微程序存貯器的內(nèi)容。
（10）具有系統(tǒng)自動檢測功能，能精確顯示故障位置。
（11）支持USB通訊連接，可以適應(yīng)筆記本，臺式機(jī)等多種機(jī)型，運(yùn)行環(huán)境為Windows2000/XP/ Win7/Win8系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由實驗主板、調(diào)試軟件、內(nèi)置開關(guān)電源組成。
采用數(shù)字電路設(shè)計“組成原理”，以便從最底層來展現(xiàn)“原理”之精髓，采用CPLD設(shè)計運(yùn)算器和微程序控制器。
系統(tǒng)實驗主板有：寄存器組、運(yùn)算單元、累加器A暫存器W、直通/左移/右移單元、地址寄存器、程序計數(shù)器、堆棧、中斷源、輸入/輸出單元、存儲器單元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、組合邏輯控制器、擴(kuò)展座、總線插孔區(qū)、微動開關(guān)/指示燈、邏輯筆、脈沖源、MCS-51智能管理單片機(jī)、24個撥碼開關(guān)、4*6矩陣鍵盤、字符式LCD、RS232口、USB通訊口。
三、實驗項目
模型機(jī)模塊實驗
（1）寄存器實驗
實驗1：A，W 寄存器實驗
實驗2：R0，R1，R2，R3 寄存器實驗
實驗3：MAR 地址寄存器，ST 堆棧寄存器，OUT輸出寄存器
（2）運(yùn)算器實驗 （加、減、或、與、帶進(jìn)位加、帶進(jìn)位減、A取反、A輸出，共8種運(yùn)算。）
（3）數(shù)據(jù)輸出實驗/移位門實驗
實驗1：數(shù)據(jù)輸出實驗
實驗2：移位實驗 （位左移；位右移）
（4）微程序計數(shù)器UPC 實驗
實驗1：uPC 加一實驗
實驗2：uPC 打入實驗
（5）PC 實驗
實驗1：PC 加一實驗
實驗2：PC 打入驗
（6）存儲器EM 實驗
實驗1：PC/MAR 輸出地址選擇
實驗2：存儲器EM 寫實驗
實驗3：存儲器EM 讀實驗
實驗4：存儲器打入IR指令寄存器/uPC實驗
實驗5：使用實驗儀小鍵盤輸入EM
（7）微程序存儲器UM 實驗
實驗1：微程序存儲器uM 讀出
實驗2：使用實驗儀小鍵盤輸入uM
（8）中斷實驗
（9）模型機(jī)綜合實驗（微程序控制器）
實驗1：數(shù)據(jù)傳送實驗/輸入輸出實驗
實驗2：數(shù)據(jù)運(yùn)算實驗（加/減/與/或）
實驗3：移位/取反實驗
實驗4：轉(zhuǎn)移實驗
實驗5：調(diào)用實驗
實驗6：中斷實驗
實驗7：指令流水實驗
實驗8：RISC 模型機(jī)
（10）組合邏輯控制
實驗1：組合邏輯控制器
實驗2：用CPLD實現(xiàn)運(yùn)算器功能
（11）設(shè)計指令/微指令系統(tǒng)
（12）模型機(jī)擴(kuò)展實驗
擴(kuò)展實驗一：用8255 擴(kuò)展I/O 端口實驗
擴(kuò)展實驗二：用8253 擴(kuò)展定時器試驗
注：實驗（1）～（8）為手動微代碼控制，（9）～（12）為微程序或組合邏輯控制。