專利名稱：：一種計算機硬件實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及計算機
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種計算機硬件實驗裝置。
背景技術(shù)：
：計算機組成原理課堂教學主要是講述理論和概念，因此在實驗教學中需要一個真正能夠運行的模型計算機作為計算機組成原理課堂教學的一個重要補充，通過實驗教學使用戶掌握計算機各組成部分和整機的工作原理。模型計算機與商用計算機最主要的區(qū)別是商用計算機要求功能強大，而實驗教學用的計算機則是突出計算機的基本結(jié)構(gòu)，追求用戶通過實驗教學得到實驗結(jié)果。因此，迫切需要設(shè)計一種有利于用戶掌握計算機的結(jié)構(gòu)和工作原理的計算機硬件實驗裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型實施例提供了一種計算機硬件實驗裝置，用以使用戶掌握計算機的結(jié)構(gòu)和工作原理。本實用新型實施例提供的計算機硬件實驗裝置，包括算數(shù)邏輯部件；分別與所述算術(shù)邏輯部件連接的累加器、第一寄存器、第二寄存器和第三寄存器；微程序控制器；硬布線控制器；控制信號切換電路，其分別與所述微程序控制器和硬布線控制器連接；存儲有指令和數(shù)據(jù)的存儲器；能夠跟蹤指令地址的程序計數(shù)器；能夠給出數(shù)據(jù)地址的地址寄存器；地址選擇電路，其分別與所述存儲器、程序計數(shù)器和地址寄存器連接；指令寄存器，其分別與所述微程序控制器和硬布線控制器連接；時序信號發(fā)生器，其與所述控制信號切換電路連接，輸出所述微程序控制器所需的時序信號和所述硬布線控制器所需的時序信號；能夠區(qū)分指令的操作數(shù)譯碼器，其與所述指令寄存器連接；八線驅(qū)動器，輸出對二進制開關(guān)電平信號進行轉(zhuǎn)換后得到的信號。其中，所述微程序控制器包括存儲有微程序流程和微指令格式的只讀存儲器。所述存儲器包括存儲有所述計算機硬件實驗裝置的指令系統(tǒng)的指令存儲器。另外，所述計算機硬件實驗裝置還包括電源；供電線路，其與所述電源連接，且至少與所述算數(shù)邏輯部件、累加器、第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、微程序控制器、硬布線控制器、控制信號切換電路、存儲器、程序計數(shù)器、地址寄存器、地址選擇電路、指令寄存器、時序信號發(fā)生器、操作數(shù)譯碼器和八線驅(qū)動器中的任意一個連接。所述計算機硬件實驗裝置還包括片上系統(tǒng)型單片機，其設(shè)置有對外接口；能夠完成通用串行總線接口到聯(lián)合測試行動小組接口轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器，其上設(shè)置有通用串行總線接口和聯(lián)合測試行動小組接口；所述轉(zhuǎn)換器通過所述聯(lián)合測試行動小組接口與所述片上系統(tǒng)型單片機連接，輸入第一調(diào)試信號，輸出第二調(diào)試信號至所述片上系統(tǒng)型單片機；其中，所述供電線路至少與所述片上系統(tǒng)型單片機、所述轉(zhuǎn)換器中的任意一個連接。另外，所述片上系統(tǒng)型單片機為C8051F系列單片機；此時，所述計算4幾硬件實驗裝置還包括外圍實驗電路，其通過所述對外接口與所述片上系統(tǒng)型單片機連接。其中，所述外圍實驗電路包括靜態(tài)隨機存取記憶體、液晶顯示器顯示電路、數(shù)碼管顯示電路、鍵盤電路、八位邏輯電平開關(guān)電路、八位發(fā)光二極管顯示電路、時鐘發(fā)生器電路、邏輯筆電路、單脈沖電路、直流電機步進電機電路或者揚聲器電路。本實用新型實施例提供的計算機硬件實驗裝置的第一種平臺包括算術(shù)邏輯部件、存儲器、樹:程序控制器和硬布線控制器等，第一種平臺采用了微:程序控制器和硬布線控制器兩種控制器方式，利用控制信號切換電路可以控制選擇微程序控制器、硬布線控制器中的一個控制器的控制信號來控制整個計算機執(zhí)行指令，使用戶掌握計算機的結(jié)構(gòu)和工作原理。另外，計算機硬件實驗裝置的第二種平臺包括片上系統(tǒng)型單片機、轉(zhuǎn)換器等，利用第二種平臺，使用戶進一步掌握片上系統(tǒng)型單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理，做到軟硬結(jié)合，這是現(xiàn)有的計算機硬件實驗裝置做不到的。圖1為本實用新型實施例計算機硬件實驗裝置的第一種平臺的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)圖2為本實用新型實施例計算機硬件實驗裝置的第一種平臺的微程序流程圖3為本實用新型實施例計算機硬件實驗裝置的第一種平臺的微指令格式；圖4為本實用新型實施例計算機硬件實驗裝置的第二種平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型實施例提供了一種計算機硬件實驗裝置，其采用雙平臺雙控制器結(jié)構(gòu)，第一種平臺包括算術(shù)邏輯部件、存儲器、微程序控制器和硬布線控制器等，第二種平臺包括片上系統(tǒng)型單片機、轉(zhuǎn)換器等。該計算機硬件實驗裝置在利用第一種平臺使用戶掌握計算機結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，利用第二種平臺，使用戶進一步掌握片上系統(tǒng)型單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理，做到軟硬結(jié)合。如圖1所示，本實用新型實施例提供的計算機硬件實驗裝置的第一種平臺包括算數(shù)邏輯部件ALU(ArithmeticLogicUnit);分別與算術(shù)邏輯部件連接的累加器R0、第一寄存器R1、第二寄存器R2和第三寄存器R3;微程序控制器；硬布線控制器；控制信號切換電路，其分別與微程序控制器和硬布線控制器連接；存儲有指令和數(shù)據(jù)的存儲器SRAM(StaticRandomAccessMemory,靜態(tài)隨機訪問存儲器)；能夠跟蹤指令地址的程序計數(shù)器PC(ProgramCounter);能夠給出數(shù)據(jù)地址的地址寄存器AR(AddressRegister);地址選擇電路，其分別與存儲器、程序計數(shù)器和地址寄存器連接；指令寄存器IR(InstructionRegister),其分別與微程序控制器或硬布線控制器連接；時序信號發(fā)生器，其與控制信號切換電路連接，輸出微程序控制器所需的時序信號(即圖1中的A組時序信號)和硬布線控制器所需的時序信號(即圖1中的B組時序信號)；能夠區(qū)分指令的操作數(shù)譯碼器，其與指令寄存器連接；八線驅(qū)動器，輸出對二進制開關(guān)電平信號SD7-SD0進行轉(zhuǎn)換后得到的信號上述計算機硬件實驗裝置的第一種平臺采用了微程序控制器和硬布線控制器兩種控制器方式，利用控制信號切換電路可以控制選擇微程序控制器、硬布線控制器中的一個控制器的控制信號來控制整個計算機執(zhí)行指令，使用戶掌握計算機的結(jié)構(gòu)和工作原理。上述第一種平臺的指令系統(tǒng)功能及格式如下表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1存儲器SRAM包括指令存儲器，指令存儲器中存儲有上述第一種平臺的指令系統(tǒng)。其中，取數(shù)指令、存數(shù)指令、C條件轉(zhuǎn)移指令和Z條件轉(zhuǎn)移指令分別為雙字節(jié)指令；加法指令、減法指令、邏輯與指令、邏輯或指令、傳送1指令、傳送2指令和停機指令分別為單字節(jié)指令；XX代表隨意值，Rs代表源寄存器號，只能選擇R1、R2和R3，不能選擇RO。Rd代表目的寄存器號。傳送1指令將RO寄存器的值送到Rl、R2或者R3，RO寄存器保持不變。傳送2指令將R1、R2或者R3的值送R0，Rl、R2或者R3保持不變。如圖2所示為第一種平臺的微程序流程圖，如圖3所示為第一種平臺的微指令格式，微程序流程和微指令格式可以存儲于微程序控制器中的只讀存儲器中。按照該微程序流程，可以使本計算機硬件實驗裝置的第一種平臺能使用微程序控制器或硬布線控制器中的一個控制器的控制信號控制計算機執(zhí)行指令，使用戶掌握計算機的結(jié)構(gòu)和工作原理。另外，上述計算機硬件實驗裝置還可以包括電源和供電線路，用來供電。其中，供電線路，與電源連接，且至少與算數(shù)邏輯部件、累加器、第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、微程序控制器、硬布線控制器、控制信號切換電路、存儲器、程序計數(shù)器、地址寄存器、地址選擇電路、指令寄存器、時序信號發(fā)生器、操作數(shù)譯碼器和八線驅(qū)動器中的任意一個連接。如圖4所示，上述計算機硬件實驗裝置還包括第二種平臺，第二種平臺是片上系統(tǒng)型單片機，其設(shè)置有對外接口；能夠完成USB(UniversalSeria舊us,通用串行總線W妄口到JTAG(JointTestActionGroup,聯(lián)合測試行動小組)接口轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器，其上設(shè)置有USB接口和JTAG接口；轉(zhuǎn)換器通過JTAG接口與片上系統(tǒng)型單片機連接，輸入第一調(diào)試信號，輸出第二調(diào)試信號至片上系統(tǒng)型單片機；其中，供電線路至少與片上系統(tǒng)型單片機、轉(zhuǎn)換器中的任意一個連接，以實現(xiàn)供電功能。其中，本實用新型實施例中的片上系統(tǒng)型單片機是指具有以流水線方式處理指令的CIP51內(nèi)核，運行速度快，F(xiàn)lash、XRAM(expandedRAM,擴展隨機存儲器)、A/D(Analog/Digital,模擬/數(shù)字)、D/A(Digital/Analog,數(shù)字/模擬)、I2C(Inter-IntegratedCircuit,兩線式串行總線)、SPI(SerialPeripheralinterface，串行夕卜圍設(shè)備接口)、UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter,通用異步接收/發(fā)送裝置)以及片上溫度傳感器等集合為一體，I/O(Input/Output，輸入/輸出)端口的配置為軟件設(shè)定方式，具有可將片內(nèi)資源靈活分配到1/0端口上的交叉開關(guān)，可以通過JTAG接口用邊界掃描方式實現(xiàn)對單片機芯片在系統(tǒng)編程調(diào)試的單片機。比如C8051F系列單片機，其中尤以C8051F020單片機較佳。如果是C8051F020單片機，則其電路包括P0、Pl、P2、P3、P4、P5,數(shù)據(jù)線D0-D7(P7)，高位地址A8-A15(p6)，所有這些線都加了上拉電阻；另外，其對外接口包括AIN0.0-AIN0.7和其它模擬電路的對外接口，這些對外接口可以通過8芯單排插針與其它電路連接，也可以通過接線插孔用自鎖緊導線與其它電路連接。利用第二種平臺，可以方便地實現(xiàn)對片上系統(tǒng)型單片機的在線編程調(diào)試，使用戶進一步掌握片上系統(tǒng)型單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理。調(diào)試方法為利用USB接口向轉(zhuǎn)換器輸入第一調(diào)試信號，轉(zhuǎn)換器接收到第一調(diào)試信號后，進行USB接口到JTAG接口的轉(zhuǎn)換，生成第二調(diào)試信號，通過JTAG接口將第二調(diào)試信號輸出給片上系統(tǒng)型單片機，即利用JTAG接口用邊界掃描方式實現(xiàn)對片上系統(tǒng)型單片機的在線編程調(diào)試。另外，第二種平臺還包括外圍實驗電路，其通過片上系統(tǒng)型單片機的對外接口與片上系統(tǒng)型單片機連接。外圍實驗電路包括靜態(tài)隨機存取記憶體、液晶顯示器顯示電路、數(shù)碼管顯示電路、鍵盤電路、八位邏輯電平開關(guān)電路、八位發(fā)光二極管顯示電路、時鐘發(fā)生器電路、邏輯筆電路、單脈沖電路、直流電機步進電機電路或者揚聲器電路?？梢?，在第二種平臺中設(shè)置外圍實驗電路后，就可以進行相關(guān)的實驗。以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。權(quán)利要求1、一種計算機硬件實驗裝置，其特征在于，包括算數(shù)邏輯部件；分別與所述算術(shù)邏輯部件連接的累加器、第一寄存器、第二寄存器和第三寄存器；微程序控制器；硬布線控制器；控制信號切換電路，其分別與所述微程序控制器和硬布線控制器連接；存儲有指令和數(shù)據(jù)的存儲器；能夠跟蹤指令地址的程序計數(shù)器；能夠給出數(shù)據(jù)地址的地址寄存器；地址選擇電路，其分別與所述存儲器、程序計數(shù)器和地址寄存器連接；指令寄存器，其分別與所述微程序控制器和硬布線控制器連接；時序信號發(fā)生器，其與所述控制信號切換電路連接，輸出所述微程序控制器所需的時序信號和所述硬布線控制器所需的時序信號；能夠區(qū)分指令的操作數(shù)譯碼器，其與所述指令寄存器連接；八線驅(qū)動器，輸出對二進制開關(guān)電平信號進行轉(zhuǎn)換后得到的信號。2、如權(quán)利要求1所述的計算機硬件實驗裝置，其特征在于，所述^f效程序控制器包括存儲有^f鼓程序流程和^(效指令^f各式的只讀存儲器。3、如權(quán)利要求1或2所述的計算機硬件實驗裝置，其特征在于，所述存儲器包括存儲有所述計算機硬件實驗裝置的指令系統(tǒng)的指令存儲器。4、如權(quán)利要求1或2所述的計算機硬件實驗裝置，其特征在于，還包括電源；供電線路，其與所述電源連接，且至少與所述算數(shù)邏輯部件、累加器、第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、微程序控制器、硬布線控制器、控制信號切換電路、存儲器、程序計數(shù)器、地址寄存器、地址選擇電路、指令寄存器、時序信號發(fā)生器、纟喿作數(shù)譯碼器和八線驅(qū)動器中的任意一個連接。5、如權(quán)利要求4所述的計算機硬件實驗裝置，其特征在于，還包括片上系統(tǒng)型單片機，其設(shè)置有對外接口；能夠完成通用串行總線接口到聯(lián)合測試行動小組接口轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器，其上設(shè)置有通用串行總線接口和聯(lián)合測試行動小組接口；所述轉(zhuǎn)換器通過所述聯(lián)合測試行動小組接口與所述片上系統(tǒng)型單片機連接，輸入第一調(diào)試信號，輸出第二調(diào)試信號至所述片上系統(tǒng)型單片機；其中，所述供電線路至少與所述片上系統(tǒng)型單片機、所述轉(zhuǎn)換器中的任意一個連接。6、如權(quán)利要求5所述的計算機硬件實驗裝置，其特征在于，所述片上系統(tǒng)型單片機為C8051F系列單片機；所述計算機硬件實驗裝置還包括外圍實驗電路，其通過所述對外接口與所述片上系統(tǒng)型單片機連接。7、如權(quán)利要求6所述的計算機硬件實驗裝置，其特征在于，所述外圍實驗電路包括靜態(tài)隨機存取記憶體、液晶顯示器顯示電路、數(shù)碼管顯示電路、鍵盤電路、八位邏輯電平開關(guān)電路、八位發(fā)光二極管顯示電路、時鐘發(fā)生器電路、邏輯筆電路、單脈沖電路、直流電機步進電機電路或者揚聲器電路。專利摘要本實用新型提供了一種計算機硬件實驗裝置，用以使用戶掌握計算機的結(jié)構(gòu)和工作原理。該計算機硬件實驗裝置采用雙平臺雙控制器結(jié)構(gòu)，第一種平臺包括算術(shù)邏輯部件、存儲器、微程序控制器和硬布線控制器等，第二種平臺包括片上系統(tǒng)型單片機、轉(zhuǎn)換器等。該計算機硬件實驗裝置在利用第一種平臺使用戶掌握計算機結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，利用第二種平臺，使用戶掌握片上系統(tǒng)型單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理，做到軟硬結(jié)合，這是現(xiàn)有的計算機硬件實驗裝置做不到的。文檔編號G09B23/18GK201408498SQ200920107610公開日2010年2月17日申請日期2009年4月30日優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日發(fā)明者于艷麗,馮一兵,楊春武,白中英,楠陳申請人:北京郵電大學