1.2 DB-CPTH+特點
1、采用總線結構
總線結構的計算機具有結構清晰，擴展方便等優(yōu)點。DB-CPTH+實驗系統(tǒng)使用三組總線即地址總線ABUS、數(shù)據(jù)總線DBUS、指令總線IBUS和控制信號，CPU、主存、外設和管理單片機等部件之間通過外部數(shù)據(jù)總線傳輸， CPU內(nèi)部則通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線傳輸信息。各部件之間，通過三態(tài)緩沖器作接口連接，這樣一方面增強總線驅動能力，另一方面在模型機停機時，三態(tài)門輸出浮空，能保證不管模型機的CPU工作是否正常，管理單片機總能讀/寫主存或控存。
2、計算機功能模塊化設計
DB-CPTH+為實驗者提供運算器模塊ALU，眾多寄存器模塊（A，W，IA ，ST，MAR，R0…R3等），程序計數(shù)器模塊PC，指令部件模塊IR，主存模塊EM，微程序控制模塊〈控存〉uM，微地址計數(shù)器模塊UPC，組合邏輯控制模塊及I/O等控制模塊。
各模塊間的電源線、地線、地址總線和數(shù)據(jù)總線等已分別連通，模塊內(nèi)各芯片間數(shù)據(jù)通路也已連好，各模塊的控制信號及必要的輸出信號已被引出到主板插孔，供實驗者按自己的設計進行連接。
3、智能化控制
系統(tǒng)在單片機監(jiān)控下，管理模型機運行和讀寫，當模型機停機時，實驗者可通過系統(tǒng)鍵盤，讀寫主存或控存指定單元的內(nèi)容，使模型機實現(xiàn)在線開發(fā)。模型機運行時，系統(tǒng)提供單步一條微指令（微單步）、單步一條機器指令（程單步），連續(xù)運行程序及無限止暫停等調(diào)試手段，能動態(tài)跟蹤數(shù)據(jù)，流向、捕捉各種控制信息，實時反映模型機現(xiàn)場，使實驗者及時了解程序和微程序設計的正確性，便以修改。
4、提供兩種實驗模式
①手動運行“Hand……”：通過撥動開關和發(fā)光二極管二進制電平顯示，支持最底層的手動操作方式的輸入/輸出和機器調(diào)試。
②自動運行：通過系統(tǒng)鍵盤及液晶顯示器或PC機，直接接輸入或編譯裝載用戶程序<機器碼程序和微程序>，實現(xiàn)微程序控制運行，運用多種調(diào)試手段運行用戶程序，使實驗者對計算機組成原理一目了然。
5、開放性設計
運算器采用了EDA技術設計，隨機出廠時，已提供一套已裝載的方案，能進行加、減、與、或、帶進位加、帶進位減、取反、直通八種運算方式，若用戶不滿意該套方案，可自行重新設計并通過JTAG 口下載。邏輯控制器由CPLD實現(xiàn)，也可進行重新設計并通過JTAG 口下載。用戶還可以設計自己的指令/微指令系統(tǒng)。系統(tǒng)中已帶三套指令/微程序系統(tǒng)，用戶可參照來設計新的指令/微程序系統(tǒng)。
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線均在總線接口區(qū)引出，并設計了40 芯鎖進插座，供用戶進行RAM、8251、8255、8253、8259等接口器件的擴展實驗。
6、支持中斷實驗
采用最底層的器件設計，讓學生可以從微程序層面上學習中斷請求、中斷響應、中斷處理、中斷入口地址的產(chǎn)生、中斷服務程序及中斷返回（RETI）整個過程。
7、支持兩種控制器實驗
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，顯示程序并進行調(diào)試的操作環(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機上進行自動化設計。
8、支持子程序調(diào)用、返回、指令流水線和RISC精簡指令系統(tǒng)實驗。
9、配備以Win98/2000/XP為操作平臺的集成調(diào)試軟件包
系統(tǒng)通過RS-232C串行通訊接口與PC機聯(lián)接，借助PC資源形成了強大的在線文檔與圖形的動態(tài)管理系統(tǒng)，自帶編譯器，支持匯編語言的編輯、編譯、調(diào)試，一次點擊即可完成程序和與其對應微程序的鏈接裝載并自動彈出調(diào)試窗口，在主界面中開辟了程序和與其對應微程序的調(diào)試、模型機結構示意圖（點擊各模塊即彈出電路原理圖）、微程序等跟蹤顯示窗口，供用戶選擇，可動態(tài)顯示數(shù)據(jù)流向、實時捕捉數(shù)據(jù)、地址、控制總線的各種信息，使調(diào)試過程極為生動形象。
1.3 實驗系統(tǒng)組成
CPTH+計算機組成原理實驗系統(tǒng)由實驗平臺、開關電源、軟件三大部分組成。
實驗平臺上有寄存器組R0-R3、運算單元、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、擴展單元、總線接口區(qū)、微動開關/指示燈、邏輯筆、脈沖源、管理單片機、24個按鍵、字符式LCD、RS232口。
DB-CPTH+ 超強型計算機組成原理與系統(tǒng)結構實驗箱是上海頂邦公司最新推出的一款功能強、性能好，軟件硬件都是一流的高性能計算機組成原理實驗儀產(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、運行圖表和多類幫助信息，使教學的過程輕松自如。
一、系統(tǒng)特點
（1） 結構清晰、實時監(jiān)視器
各單元部件都以計算機結構模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有 8 位數(shù)據(jù)指示燈顯示其二進制值，兩個8 段碼LED 顯示其十六進制值，清楚明了，兩個數(shù)據(jù)流方向指示燈，以直觀反映當前數(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，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，使得學生十分容易認識和理解計算機組成結構。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，可進行各部件獨立的實驗，也可進行各部件組合實驗，再通過與控制線的組合，就可構造出不同結構及復雜程度的原理性計算機。
（2）開放式設計
實驗系統(tǒng)的軟硬件對用戶的實驗設計具有完全的開放特性。與眾不同的是:各實驗模塊的數(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)了計算機工作步驟。需要強調(diào)指出的是：用“連線跨接”并不能說明其開放特性，而所謂的開放性應指的是運算器、控制器及微程序指定的格式及定義能否進行修改和重新設計。DB-CPTH+系統(tǒng)的運算器采用了代表現(xiàn)代科技的EDA 技術設計，隨機出廠時，已提供一套已裝載的方案，能進行加、減、與、或、帶進位加、帶進位減、取反、直通八種運算方式，若用戶不滿意該套方案，也可自行重新設計并通過JTAG 口下載�？刂破魑⒅付ǜ袷郊岸x可通過鍵盤和PC 機進行重新設計，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，并設計了40 芯鎖進插座，供用戶進行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的擴展實驗。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 機上進行自動化設計。
開放式設計的特點還在于，用戶可以設計自己的指令/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計而非有些產(chǎn)品所采用的集成器件 8259，從而讓學生可以從微程序層面上學習中斷請求、中斷響應、中斷處理、中斷入口地址的產(chǎn)生、中斷服務程序及中斷返回（RETI）整個過程。專家指出：“中斷”是單片機、微機、DSP 等學科中不可或缺的功能，故應在計算機原組成原理這門基礎學科中對其進行充分的學習和實驗。
(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 機上進行自動化設計。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，通過實驗儀的開關輸入信號進行實驗，用LCD 及各部件的8 個狀態(tài)LED，兩個LED 數(shù)碼管觀察運行狀態(tài)和結果，手動進行實驗；
2、聯(lián)機方式——連PC 機，通過WINDOWS 調(diào)試環(huán)境及圖形方式進行更為直觀的實驗。在WINDOWS 調(diào)試環(huán)境中提供了功能強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系，也可在跟蹤器中，觀察到當前狀態(tài)的說明及提示；
3、脫機方式——不連PC 機，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)碼管觀察運行狀態(tài)和結果，手動進行實驗；
（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系是不容易的。而學生理解并利用時序關系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術的迅猛發(fā)展，在實際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進行時序分析。 計算機組成原理與系統(tǒng)結構教學實驗系統(tǒng)具備高性能邏輯分析功能，老師可通過電化教學設備向學生現(xiàn)場展示指令與時序的關系，可讓學生在實驗時直觀地觀測到指令與時序的關系，可有效的提高教學效果。
（8）豐富的調(diào)試手段，具有單步、微單步、運行、暫停等功能。
（9）通過實驗儀或PC機鍵盤,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，可以適應筆記本，臺式機等多種機型，運行環(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)置開關電源組成。
采用數(shù)字電路設計“組成原理”，以便從最底層來展現(xiàn)“原理”之精髓，采用CPLD設計運算器和微程序控制器。
系統(tǒng)實驗主板有：寄存器組、運算單元、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、擴展座、總線插孔區(qū)、微動開關/指示燈、邏輯筆、脈沖源、MCS-51智能管理單片機、24個撥碼開關、4*6矩陣鍵盤、字符式LCD、RS232口、USB通訊口。
三、實驗項目
模型機模塊實驗
（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）運算器實驗 （加、減、或、與、帶進位加、帶進位減、A取反、A輸出，共8種運算。）
（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)運算實驗（加/減/與/或）
實驗3：移位/取反實驗
實驗4：轉移實驗
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
（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)運算器功能
（11）設計指令/微指令系統(tǒng)
（12）模型機擴展實驗
擴展實驗一：用8255 擴展I/O 端口實驗
擴展實驗二：用8253 擴展定時器試驗
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。
四、上位軟件截圖
(1) 具有微程序實時流程圖界面，可從微程序運行角度來觀察和調(diào)試計算機指令運行過程。
(2) RISC結構模型計算機實時圖形調(diào)試界面。(調(diào)試時需調(diào)入RISC微指令系統(tǒng)和程序riscfile.mic)
（3）指令流水結構模型計算機實時圖形調(diào)試界面。(調(diào)試時需調(diào)入指令流水微指令系統(tǒng)和程序INSFILE2.mic)
(4) 重疊結構模型計算機實時圖形調(diào)試界面。(調(diào)試時需調(diào)入重疊結構微指令系統(tǒng)和程序INSFILE1.mic)
(5) 運算器、存儲器、控制器等計算機各部件的實時動態(tài)圖形調(diào)試界面,豐富的調(diào)試手段，具有單步、微單步、運行、暫停等功能,圖形畫面以不同顏色實時顯示不同數(shù)據(jù)流向，簡潔明了，生動形象。
(6)圖示幫助界面，點擊相應的寄存器或存儲器模塊，即可查看該單元硬件電路圖。
（7）提供邏輯分析儀功能：老師可通過電化教學設備向學生現(xiàn)場展示指令與時序的關系，可讓學生在實驗時直觀地觀測到指令與時序的關系，可有效的提高教學效果。