本書共分5章,針對(duì)TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行講解。第1章簡(jiǎn)單概述教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能和組成;第2章、第3章介紹兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成與設(shè)計(jì),講解可以支持的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;第4章介紹軟件系統(tǒng)的功能、組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù);第5章講解指令一級(jí)的軟件模擬系統(tǒng)和微體系結(jié)構(gòu)一級(jí)的軟件模擬系統(tǒng)的功能和教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
本書是《計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)》、《計(jì)算機(jī)組成原理》和《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的配套實(shí)驗(yàn)教材,也可以作為高等院校計(jì)算機(jī)或相關(guān)專業(yè)的"計(jì)算機(jī)組成原理"課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)用書,還可供從事與計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)相關(guān)的生產(chǎn)、科研人員及其他人員參考。
本書詳細(xì)說(shuō)明了TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,包括每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的操作環(huán)境和必要的技術(shù)說(shuō)明,實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求等,使每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)具有更好的針對(duì)性和可操作性。
本書詳盡系統(tǒng)地給出了TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及軟件構(gòu)成,并從指令和系統(tǒng)的層次以及微體系結(jié)構(gòu)的層次介紹了TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件模擬系統(tǒng)的功能和使用方法,以及完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和操作步驟。
本書附有一張光盤,主要包括授課的電子版教案、教學(xué)內(nèi)容中重點(diǎn)難點(diǎn)的動(dòng)畫演示軟件,一些供自學(xué)和參考的教學(xué)資料,VHDL語(yǔ)言概述、模擬試題和參考答案等。
1 TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述
1.1 TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
1.1.1 TH—union系列教學(xué)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品概述
1.1.2 TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
1.1.3 TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)
1.1.4 教學(xué)計(jì)算機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)
1.1.5 教學(xué)計(jì)算機(jī)的軟件模擬系統(tǒng)
1.1.6 教學(xué)計(jì)算機(jī)在教學(xué)過(guò)程中的作用
1.2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置
1.2.1 基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1.2.2 可選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
2 TH—union計(jì)原16硬件系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
2.1 TH—union計(jì)原16計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)
2.2 使用GAL20V8芯片完成的教學(xué)實(shí)驗(yàn)
2.2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境說(shuō)明
2.2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.3 用CPLD器件MACH芯片實(shí)現(xiàn)的線路實(shí)驗(yàn)
2.3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境說(shuō)明
2.3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容
2.3.3 ABEL語(yǔ)言概述及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目功能描述源程序
2.3.4 VHDL語(yǔ)言概述及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目功能描述源程序
2.3.5 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.4 監(jiān)控程序與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
2.4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說(shuō)明
2.4.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.4.3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
2.4.4 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.5 運(yùn)算器部件實(shí)驗(yàn)
2.5.1 相關(guān)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境與必要技術(shù)說(shuō)明
2.5.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.5.3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
2.5.4 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.6 內(nèi)存儲(chǔ)器部件實(shí)驗(yàn)
2.6.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要知識(shí)、技術(shù)說(shuō)明
2.6.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.6.3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
2.6.4 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.7 兩種類型的控制器部件實(shí)驗(yàn)
2.7.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備功能描述和技術(shù)說(shuō)明
2.7.2 ABEL語(yǔ)言描述控制器源程序
2.7.3 VHDL語(yǔ)言描述控制器源程序
2.7.4 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
2.7.5 組合邏輯控制器部件實(shí)驗(yàn)過(guò)程
2.7.6 微程序控制器部件實(shí)驗(yàn)過(guò)程
2.8 串行接口輸入輸出實(shí)驗(yàn)
2.8.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要知識(shí)、技術(shù)說(shuō)明
2.8.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.8.3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
2.8.4 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.9 多級(jí)嵌套的中斷實(shí)驗(yàn)
2.9.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說(shuō)明
2.9.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.9.3 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.10 其他接口電路輸入輸出實(shí)驗(yàn)
2.10.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說(shuō)明
2.10.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.10.3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
2.10.4 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.11 監(jiān)控程序功能擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)
2.11.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境和必要技術(shù)說(shuō)明
2.11.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.11.3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
2.11.4 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.12 系統(tǒng)匯編程序(匯編器)的設(shè)計(jì)或者功能擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)
2.12.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說(shuō)明
2.12.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容
2.12.3 實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
2.13 在教學(xué)機(jī)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)新計(jì)算機(jī)的工程項(xiàng)目
2.13.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說(shuō)明
2.13.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?nèi)容和操作步驟
2.13.3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告的內(nèi)容
3 TH—union(FPGA)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
3.1 TH—Lmion(FP(]A)教學(xué)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成概述
3.1.1 TH—union(FPGA)教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)與系統(tǒng)配置
3.1.2 FPGA芯片的外特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.2 FPGA—CPU教學(xué)實(shí)驗(yàn)
3.3 基于FPGA芯片的基本邏輯電路實(shí)驗(yàn)
3.3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境說(shuō)明
3.3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容
3.4 在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)的非流水線的CPU系統(tǒng)
3.4.1 CPU系統(tǒng)的層次與模塊設(shè)計(jì)
3.4.2 CPU系統(tǒng)的功能描述VHDL源程序
4 教學(xué)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)技術(shù)說(shuō)明
4.1 教學(xué)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)
4.2 教學(xué)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控程序
4.2.1 監(jiān)控程序的功能
4.2.2 監(jiān)控程序的總體結(jié)構(gòu)
4.2.3 重要的子程序分析及其程序框圖
4.2.4 幾個(gè)功能較強(qiáng)的常用子程序
4.2.5 串行接口輸入輸出操作的原理說(shuō)明及有關(guān)子程序
4.2.6 幾個(gè)基礎(chǔ)的子程序
4.3 教學(xué)計(jì)算機(jī)的PC仿真終端程序
4.4 教學(xué)計(jì)算機(jī)的匯編程序概述
4.4.1 教學(xué)計(jì)算機(jī)的交叉匯編程序的演變過(guò)程
4.4.2 交叉匯編程序使用說(shuō)明
4.5 教學(xué)計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言支持
4.5.1 BASIC語(yǔ)言解釋程序功能和程序設(shè)計(jì)
4.5.2 BASIC語(yǔ)言的程序
4.5.3 軟件實(shí)現(xiàn)的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算
5 教學(xué)計(jì)算機(jī)的軟件模擬系統(tǒng)
5.1 教學(xué)計(jì)算機(jī)的指令與系統(tǒng)級(jí)的模擬系統(tǒng)
5.1.1 指令模擬的概念及其在教學(xué)中的作用
5.1.2 教學(xué)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(仿真)
5.2 教學(xué)計(jì)算機(jī)微體系結(jié)構(gòu)級(jí)組合邏輯控制器模擬系統(tǒng)
5.2.1 計(jì)算機(jī)微體系結(jié)構(gòu)級(jí)模擬的概念及其在教學(xué)中的作用
5.2.2 教學(xué)計(jì)算機(jī)組合邏輯控制器軟件模擬系統(tǒng)使用說(shuō)明
5.2.3 使用模擬程序完成組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)
5.3 教學(xué)計(jì)算機(jī)微體系結(jié)構(gòu)級(jí)微程序控制器模擬系統(tǒng)
5.3.1 教學(xué)計(jì)算機(jī)微程序控制器軟件模擬系統(tǒng)的使用說(shuō)明
5.3.2 使用模擬程序完成微程序控制器實(shí)驗(yàn)
參考文獻(xiàn)
附錄(在配書光盤中)
1 TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述
1.1 TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
1.1.5 教學(xué)計(jì)算機(jī)的軟件模擬系統(tǒng)
把已經(jīng)用硬件實(shí)現(xiàn)的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部功能,通過(guò)軟件模擬的辦法在PC上展現(xiàn)出來(lái)是我們做出的重大努力之一。通過(guò)上網(wǎng)查詢以及與出國(guó)人員的直接交流,了解到國(guó)外有一些著名大學(xué)在計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)過(guò)程中的安排,前些年多是選用軟件模擬的方式完成逐項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。其優(yōu)點(diǎn)是使用方便,變動(dòng)設(shè)計(jì)的靈活性強(qiáng),可以比較容易地對(duì)比不同設(shè)計(jì)方案對(duì)計(jì)算機(jī)性能影響的程度。不使用專用硬件設(shè)備完成教學(xué)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)成本也會(huì)比較低,授課與輔導(dǎo)教師更容易與同學(xué)交互。但是缺憾也是明顯的,學(xué)生學(xué)習(xí)硬件課程的整個(gè)過(guò)程,不接觸(擁有)自己可以設(shè)計(jì)與修改的硬件設(shè)備,更多的精力集中到計(jì)算機(jī)的功能設(shè)計(jì)部分,難以對(duì)線路與邏輯設(shè)計(jì)部分以及計(jì)算機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)中的工程性、技術(shù)性問(wèn)題有切身體會(huì)。最近幾年,這些院校已經(jīng)轉(zhuǎn)變到軟件模擬加上選用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)CPU系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案上。如何權(quán)衡硬件的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件模擬的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在課程教學(xué)中的作用,可謂是仁者見仁,智者見智。對(duì)此,我們采取的措施是同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩部分內(nèi)容,并且同時(shí)應(yīng)用在教學(xué)過(guò)程中,使它們發(fā)揮各自的作用,通過(guò)教學(xué)實(shí)踐來(lái)探索更好地解決問(wèn)題的途徑。為了更便于比較,做到更好的資源復(fù)用,在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件模擬的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的過(guò)程中,采取了兩項(xiàng)措施。
(1)堅(jiān)持與硬件實(shí)現(xiàn)的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有盡可能高的一致性。為此,模擬軟件使用的信息(例如監(jiān)控程序的執(zhí)行碼,微程序控制器的微程序的二進(jìn)制編碼文件等)與硬件教學(xué)機(jī)系統(tǒng)中使用的相同,這樣輔助設(shè)計(jì)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果既可以直接用于模擬,也可以直接用于寫到硬件教學(xué)機(jī)的部件中,確保二者之間有好的一致性。
(2)在模擬軟件的設(shè)計(jì)中,比較地按照硬件系統(tǒng)的主要功能部件實(shí)現(xiàn)模擬,確保硬件實(shí)現(xiàn)的與軟件模擬實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)有良好的對(duì)照關(guān)系,期望在教學(xué)過(guò)程中可以得到更好的教學(xué)效果。
實(shí)現(xiàn)的模擬系統(tǒng)中,模擬重點(diǎn)分配到兩個(gè)層次上。
……