杭州康芯推出的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理/設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)參考了國(guó)外著名大學(xué)計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)，代表了全新的符合國(guó)外知名高校同類學(xué)科的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)理念，為實(shí)驗(yàn)者提供了先進(jìn)的學(xué)習(xí)平臺(tái)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中單純基于原理驗(yàn)證模式的，與實(shí)際工程技術(shù)脫鉤，學(xué)用脫節(jié)，甚至誤導(dǎo)的缺陷；讓學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到最新的計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，使理論學(xué)習(xí)與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，知識(shí)傳授與自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合，同時(shí)也與國(guó)際上大多數(shù)高校的計(jì)算機(jī)組成原理課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法接軌。

★ GW48-CP系列的優(yōu)勢(shì)與特色：

◇ 在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方面能強(qiáng)化專業(yè)特色。目前國(guó)內(nèi)不少計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生就業(yè)率堪憂，癥結(jié)何在？事實(shí)上本科計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程，高職高專中也類同；而本科電子、通信、自動(dòng)化等專業(yè)也有同類課程；顯然在職場(chǎng)上，前者待遇要求不高，后者專業(yè)特色明顯，而計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生將處于不利地位。競(jìng)爭(zhēng)世界，特色乃生存根本！目前計(jì)算機(jī)專業(yè)課程設(shè)置和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容殛需改革！

◇ 規(guī)范而完整的配套教材。配套教材：《現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理》“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材”,國(guó)家級(jí)精品教材（說(shuō)明國(guó)家級(jí)精品教材評(píng)審專家對(duì)于該教材中的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降恼J(rèn)可與推薦），含教材配套教學(xué)課件和實(shí)驗(yàn)課件，示例豐富，多數(shù)基于SOC片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。

該教材也在一定程度上解決了國(guó)內(nèi)本科計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中普遍存在并亟待解決的弊端：只學(xué)軟件設(shè)計(jì)不學(xué)硬件設(shè)計(jì)、只學(xué)軟件計(jì)算機(jī)語(yǔ)言不學(xué)硬件計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、只學(xué)使用計(jì)算機(jī)而不學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)。

◇ 滿足現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工程的必要條件。無(wú)論是傳統(tǒng)8位驗(yàn)證性模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，還是自主CPU設(shè)計(jì)，乃至32位嵌入系統(tǒng)設(shè)計(jì)，都能由單一FPGA實(shí)現(xiàn)，這與現(xiàn)代SOC片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)相吻合。

◇ 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容面向工程實(shí)際。這使學(xué)生不僅僅了解計(jì)算機(jī)的工作原理，更能自主設(shè)計(jì)，培養(yǎng)人才市場(chǎng)急需的自主創(chuàng)新型人才。

◇ 能完成計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。除能完成基于EDA的計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)外，還能完成計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

◇ 提供實(shí)現(xiàn)滿足工程實(shí)際的IP核。如MAMTOR公司的8086/8088 8255 IP核,8051/8052核，ALTERA的32位NiosII核等，以現(xiàn)代全新的技術(shù)和方式完成實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)。

◇ 能完成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理課的前期課程及實(shí)驗(yàn)。即包括實(shí)現(xiàn)硬件描述語(yǔ)言HDL教學(xué)實(shí)驗(yàn)的全部?jī)?nèi)容。

◇ 將畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與工程需求同就業(yè)需求相結(jié)合。使學(xué)生能與現(xiàn)代電子工程技術(shù)0接觸，為畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生提供面向工程實(shí)際，自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新開(kāi)拓的題目，使求職者擁有更雄厚的就業(yè)資本，使學(xué)生一跨出校門就擁有社會(huì)急需的競(jìng)爭(zhēng)力

★ 傳統(tǒng)/現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能特點(diǎn)比較

結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)	傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)	現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
◆實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)	本身僅為驗(yàn)證性模型，與真實(shí)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，更無(wú)法完成創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)	真實(shí)反映現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)工程實(shí)現(xiàn)原理、測(cè)試方法和設(shè)計(jì)技術(shù)，容易完成自主實(shí)用型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
◆結(jié)構(gòu)特點(diǎn)	由規(guī)模不等的離散集成電路塊（也包括部分孤立的CPLD/FPGA）等器件構(gòu)成CPU模型。	整個(gè)CPU，甚至嵌入式系統(tǒng)核，RAM、ROM，各類通信接口，DMA，中斷控制器、算法加速器等都可在單片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)。
◆CPU指令與微指令存儲(chǔ)與形成方式	通過(guò)外部ROM或EEPROM構(gòu)成，指令的數(shù)量和微指令的寬度受到限制，難以擴(kuò)展，CPU模型結(jié)構(gòu)被限制。且非真實(shí)CPU結(jié)構(gòu)形式。	既可以采用傳統(tǒng)的ROM或EEPROM存儲(chǔ)，又可以采用FPGA中的EAB嵌入式方式，構(gòu)成單片系統(tǒng)，更符合現(xiàn)代CPU設(shè)計(jì)理念和工程實(shí)現(xiàn)途徑。
◆CPU指令和微指令的實(shí)現(xiàn)方式	手工設(shè)計(jì)、畫微指令流程圖；手工（燒寫或鍵入）輸入方式實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)效率低、可靠性低，調(diào)試?yán)щy。涉及的技術(shù)無(wú)實(shí)用意義。	利用計(jì)算機(jī)輸入，形成專用文件格式，由EDA工具自動(dòng)配置進(jìn)FPGA中設(shè)定的RAM、ROM中，便捷、高效、實(shí)用，規(guī)范。實(shí)驗(yàn)中涉及的技術(shù)有實(shí)用意義。
◆可用硬件資源	硬件資源非常有限，且結(jié)構(gòu)固定，不便于系統(tǒng)擴(kuò)展、設(shè)計(jì)思路受限制，學(xué)生有創(chuàng)意的設(shè)想無(wú)從得到驗(yàn)證	采用數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)門規(guī)模的大型FPGA，可利用資源極豐富，靈活，設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要反復(fù)調(diào)整和改變電路結(jié)構(gòu)，容易激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新型思維。且其方法能直接用于工程。
◆觀察CPU內(nèi)軟硬件工作情況及排錯(cuò)	通過(guò)有限的發(fā)光二極管和數(shù)碼管設(shè)置觀察點(diǎn)，難以觀察指令執(zhí)行的細(xì)節(jié)情況，如競(jìng)爭(zhēng)、毛刺等，排錯(cuò)困難。	除外部液晶屏顯示外，還能在PC上對(duì)整個(gè)軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)序仿真，及通過(guò)JTAG口使用嵌入式邏輯分析儀對(duì)CPU內(nèi)部任意點(diǎn)，完成實(shí)時(shí)測(cè)試和觀察。
◆實(shí)驗(yàn)方式	手工硬件連線，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低、可靠性差，排錯(cuò)難。也不符合實(shí)際工程。	布線布局由計(jì)算機(jī)完成，并自動(dòng)檢測(cè)排錯(cuò)，現(xiàn)場(chǎng)配置，可靠性高，無(wú)壽命限制
◆設(shè)計(jì)可移植性	由于需當(dāng)場(chǎng)連線，故功能模型無(wú)可移植性和保存性，且必須完全依賴于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，無(wú)法給出有特色的設(shè)計(jì)。	由于能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)SOC單片系統(tǒng)，故可保存，可移植，可在自己的PC上設(shè)計(jì)和軟硬件仿真。最后到實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上作硬件測(cè)試即可
◆嵌入式模塊利用	無(wú)法利用嵌入式模塊完成設(shè)計(jì)，然而這是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)所必須的。	如NiosII核、8051核、8086/8088核及UART、VGA、DMA、SDRAM控制核等等
◆可擴(kuò)展和升級(jí)性	由于既定結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法隨技術(shù)的發(fā)展而擴(kuò)展升級(jí)	由于由單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)，CPU結(jié)構(gòu)，總線寬，接口模式等擴(kuò)展和升級(jí)方便
◆多用途性	只能對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理作傳統(tǒng)方式的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，功能單一、模式落后，國(guó)外計(jì)算機(jī)專業(yè)早已拋棄	除可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)外，還能進(jìn)行EDA實(shí)驗(yàn)、SOPC實(shí)驗(yàn)、硬件描述語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)、實(shí)用CPU或單片機(jī)設(shè)計(jì)等等。
◆體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)	完全不能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面的實(shí)驗(yàn)	十分容易完成，因?yàn)閱纹笠?guī)模FPGA是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的不二選擇
◆嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)	由于無(wú)法接納大規(guī)模IP核，故軟硬件設(shè)計(jì)都無(wú)可能	完全能容易地實(shí)現(xiàn)且具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)研究?jī)r(jià)值

系統(tǒng)配置:

★  下載模塊：
◆USB-Blaster JTAG編程下載器;
◆ByteBlasterMV編程下載器,能對(duì)不同公司的FPGA/CPLD和51單片機(jī)在線編程;
★   電源模塊：
◆內(nèi)置電源，含標(biāo)準(zhǔn)+/-12V、5V、3.3V、2.5V，1.5V混合工作電壓功率輸出電路模塊；
◆過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)電源；
★  顯示、接口模塊：
◆LED、數(shù)碼管、揚(yáng)聲器；
◆10鍵，可輸入最高達(dá)32位二進(jìn)制數(shù)；
◆含12個(gè)可重配置實(shí)驗(yàn)電平開(kāi)關(guān)；2個(gè)其他用途鍵；
◆含掃描的智能譯碼電路模塊，直通非譯碼、BCD譯碼、16進(jìn)制譯碼；
◆7寸800X480數(shù)字TFT彩色液晶屏；
◆20X4字符液晶,4*4矩陣鍵盤；
◆步進(jìn)電機(jī)，能進(jìn)行步進(jìn)細(xì)分控制實(shí)驗(yàn)；
◆直流電機(jī)，含閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，光電脈沖計(jì)數(shù)，提供光電脈沖硬件消抖動(dòng)設(shè)計(jì)；
◆數(shù)字溫度測(cè)控模塊；
◆完成圖象或文字顯示功能的VGA接口；
◆標(biāo)準(zhǔn)PS/2鼠標(biāo)接口和PS/2鍵盤接口各1個(gè)；
◆RS232串行接口（有演示實(shí)例可證實(shí)此功能）；
◆CPLD3032接口模塊；
★數(shù)模器件及存儲(chǔ)器模塊
◆含A/D和D/A器件及其接口；
◆含D/A與LM311構(gòu)成的FPGA可控A/D設(shè)計(jì)項(xiàng)目模塊；
◆供DDS函數(shù)發(fā)生器用的幅度、偏移調(diào)諧模塊；
◆含有源濾波電路，供波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)之用；
★ 擴(kuò)展模塊：
◆兼容模擬EDA器件含ispPAC器件適配板；
◆外擴(kuò)展IO口模塊；
◆CPLD/FPGA萬(wàn)能接口模塊；
★ 時(shí)鐘源模塊：
◆含4組20MHz至1Hz標(biāo)準(zhǔn)頻率寬頻信號(hào)源；
★ 其它附件：
◆電源線、UART通信電纜、在系統(tǒng)下載電纜、擴(kuò)展口連接線。
系統(tǒng)配置：
◇ GWA1C6A適配板資源：Cyclone FPGA 1C6Q240，32萬(wàn)門、用于FPGA掉電保護(hù)配置器件EPCS Flash，10萬(wàn)次重復(fù)編程次數(shù)，且可兼作軟核嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、EPM3032A CPLD；
★ 接口資源：
◆JTAG、AS下載口；
◆USB接口；
◆PS/2鍵盤、鼠標(biāo)接口一個(gè)；
◆8色VGA口一個(gè)；
◆以太網(wǎng)口；
◆EPM3032A CPLD；
◆RS232串口1個(gè)；
◆SD卡接口，可接1-2GB Flash；
◆20MHz時(shí)鐘源（可倍頻到300MHz）1個(gè)；
◆語(yǔ)音采樣口；
◆立體聲輸出口；
◆MIC模擬輸入口；
◆高速時(shí)鐘口一個(gè)；
◆IO擴(kuò)展口
◆字符、點(diǎn)陣液晶接口；
◆揚(yáng)聲器一個(gè)。
◆超高速雙通道DAC及ADC板接口；
★ 五大類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

一、計(jì)算機(jī)組成原理與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)類：

◇ 算術(shù)運(yùn)算器、ROM、單雙口RAM、FIFO、FPGA外部RAM/Flash存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)；

◇ 微控制器時(shí)序電路、乘法累加器設(shè)計(jì)、程序計(jì)數(shù)器與地址寄存器；

◇ 微控制器設(shè)計(jì)、總線控制器、鎖相環(huán)應(yīng)用、嵌入式邏輯分析儀應(yīng)用等；

◇ 8位微程序控制的模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。包括CPU設(shè)計(jì)，硬件指令設(shè)計(jì)，軟硬件聯(lián)合開(kāi)發(fā)等；

◇ 基于FPGA的片上系統(tǒng)（SOC）的MCS-51單片機(jī)IP核實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

◇ 基于狀態(tài)機(jī)的完整16位CPU設(shè)計(jì)。包括CPU設(shè)計(jì)，硬件指令設(shè)計(jì)，軟硬件聯(lián)合開(kāi)發(fā)，SOC實(shí)現(xiàn)等；

◇ 基于流水線構(gòu)架的16位RISC CPU設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)實(shí)驗(yàn), ；

◇ 基于FPGA的片上系統(tǒng)32位軟核嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)；

◇ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。

二、硬件描述語(yǔ)言HDL與EDA技術(shù)類實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。如移位相加硬件乘法器設(shè)計(jì)、用流水線技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器、線性反饋移位寄存器設(shè)計(jì)、VGA圖像顯示控制器設(shè)計(jì)、直接數(shù)字式頻率合成器設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)。

三、基于單片F(xiàn)PGA的8086/8088 CPU核，8253/8254 IP核（定時(shí)器）；8250 IP核（UART串行通信）；8237 IP核（DMA控制器）；8259 IP核（可編程中斷控制器），鎖相環(huán)核等經(jīng)典IBM計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于8086/8088核的全兼容性，傳統(tǒng)微機(jī)原理及微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)中的C和8086匯編程序都能直接由該核運(yùn)行，完成基于EDA技術(shù)的微機(jī)原理及微機(jī)接口方面的部分實(shí)驗(yàn)。

四、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)及開(kāi)發(fā)。能承擔(dān)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中許多設(shè)計(jì)題目的培訓(xùn)任務(wù)，進(jìn)一步強(qiáng)化計(jì)算機(jī)學(xué)生基于現(xiàn)代電子技術(shù)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

五、基于MATLAB和DSP Builder的全硬件高速DSP系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)（需要增配多通道超高速ADC/DAC適配板）。

★ 實(shí)驗(yàn)調(diào)試途徑：

◇ 時(shí)序仿真和功能仿真：基于Quartus II，可完成軟硬件聯(lián)合調(diào)試的Timing /Functional Simulation，延時(shí)精度小于1ns。這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剿鶡o(wú)法比擬的。該仿真工具將使學(xué)生更加深入地理解計(jì)算機(jī)的工作時(shí)序。

◇ 嵌入式邏輯分析儀測(cè)試：基于Quartus II，可使用嵌入式邏輯分析儀SignalTapII對(duì)CPU內(nèi)部的任何信號(hào)節(jié)點(diǎn)和總線數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試和觀察(圖13-46)，號(hào)通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配置的USB-Blaster送到PC機(jī)屏幕觀察。也可軟硬件同步觀察。

◇ 在系統(tǒng)RAM/ROM測(cè)試：基于QuartusII，使用In-System Memory Content Editor對(duì)FPGA中CPU的ROM/RAM下載程序代碼，并實(shí)時(shí)觀察CPU運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)RAM中的內(nèi)容變化，并實(shí)時(shí)編輯。這是調(diào)試CPU工作軟件的一種有效方法。

◇ 利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的（黑白或彩色）液晶屏、數(shù)碼管、發(fā)光管和各類信號(hào)源等進(jìn)行調(diào)試和觀察。

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