青岛黄海学院超强型计算机组成原理与系统结构实验箱

青岛黄海学院是一所民办普通本科院校，其前身为1996年建立的青岛经济技术开发区黄海职工培训学校，2003年经山东省人民政府批准成为高等职业院校，2011年经教育部批准升格为普通本科高校。2017年通过教育部普通高等学校本科教学工作合格评估，2022年获批山东省应用型本科高校建设支持单位，2023年获批山东省智慧教育示范校创建单位。

【办学思路】

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，坚持质量立校、人才强校、特色兴校、开放办校发展战略，秉持“知行合一”校训，践行“惟德惟能、止于至善”校风，形成以“优秀传统文化、红色革命文化、大国工匠文化、创新创业文化”四文化融合育人特色，围绕地方经济社会发展，着力培养高素质应用型人才，努力建设国内先进、省内一流的民办高水平应用型大学。

【办学定位】

学校类型定位：地方性、应用型、开放式普通本科高校。

办学层次定位：以普通本科教育为主，兼办高等职业教育，适时开展研究生教育。

服务面向定位：植根新区，立足青岛，面向山东，辐射全国，重点服务区域经济社会发展。

学科专业定位：构建工学、经济、管理、艺术、教育、文学、医（理）学等学科专业协调发展，适应地方经济与社会发展的学科专业体系。

人才培养定位：培养适应区域经济社会发展需要、理论基础实、专业能力强，具有社会责任感、国际视野和创新创业潜质的高素质应用型人才。

【办学条件】

学校占地面积129.20万m2，建筑面积99.38万m2。教学科研仪器设备总值2.25亿元，馆藏纸质图书221.84万册，电子图书217.07万册。

【教学单位】

现设国际商学院、智能制造学院、建筑工程学院、大数据学院、设计与美术学院、影视学院、教育学院、医学院、语言文化学院、钱学森学院、经济与管理学院、马克思主义学院、创新创业教育学院、国学院、大学体育教学部15个教学单位。开设46个本科专业，普通全日制在校生33413人，其中本科生20286人，占比60.17%。

【教师队伍】

教师总数1875人。其中，自有专任教师1640人，外聘教师566人。自有专任教师中，硕士、博士学位教师占比92.56%，高级职称占比40.24%，“双师型”教师占比50.12%。国家、省市级人才58人次，其中，国家“万人计划”领军人才、国务院政府特殊津贴专家、国家级教学名师等14人次。拥有省黄大年式教师团队1个、省青年创新团队5个。

【办学成效】

历经28年办学历程和13年本科教育探索实践，学校构建形成了与地方经济社会发展相适应的学科专业体系和人才培养体系，累计为社会培养了17万余名应用型和技能型人才。

学校拥有国家级一流本科专业建设点1个、省级一流本科专业建设点7个、省卓越工程师教育培养计划项目1个、省民办本科高校优势特色专业5个、青岛市产教融合示范专业2个；国家级一流本科课程1门、省级一流本科课程20门、省级思政“金课”1门、省级课程思政示范课程4门；省示范性基层教学组织3个、省现代产业学院1个、省专业特色学院1个、省实验教学示范中心1个、省示范性实习（实训）基地5个、省级教学成果奖12项。获批国家自然科学基金、国家艺术基金、教育部人文社科项目3项；山东省自然科学基金、社科规划、软科学等省部级项目32项；省、市科研平台（基地）6个。

《产教融合机制下以“专创融合”为抓手促进“应用型”转型》案例在教育部第七届产教融合发展战略国际论坛上交流，受到教育部原副部长鲁昕的肯定并进行大会推介。学校在2019-2023年全国“民办及独立院校”大学生竞赛榜单中位列全国第四，在2023年全国“民办及独立学院”教师教学发展指数排行榜位列全国第六。

学校荣获全国示范学习服务中心、全国先进社会组织、首届黄炎培优秀学校、首批全国跨境电商专业人才培养示范校、全国学雷锋基地先进单位、山东省先进基层党组织、山东教育系统先进基层党组织、首批山东省红色文化传承示范校、山东省党史教育基地、山东省师德涵养基地、山东省智慧教育示范校、山东省省级大学生创业孵化示范基地、全国民办高校创新创业教育示范学校、全省创新创业典型经验高校、山东省民办教育先进集体、山东省校园安全工作先进集体、齐鲁诗教先进单位。多个支部获评全国党建样板支部、山东党建工作样板支部、山东党建工作标杆院系。
产品介绍：

DB-CPTH+ 超强型计算机组成原理与系统结构实验箱

DB-CPTH+ 超强型计算机组成原理与系统结构实验箱是上海顶邦公司最新推出的一款功能强、性能好，软件硬件都是一流的高性能计算机组成原理实验仪产品，系统电路采用了多片CPLD大大提高了可靠性和功能提升的可能性，软件提供了详尽的信息窗口、运行图表和多类帮助信息，使教学的过程轻松自如。
一、系统特点
（1）结构清晰、实时监视器
各单元部件都以计算机结构模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有 8 位数据指示灯显示其二进制值，两个8 段码LED 显示其十六进制值，清楚明了，两个数据流方向指示灯，以直观反映当前数据值及该数据从何处输出，而又是被何单元接收的。这是该产品独创的“实时监视器”,使得系统在实验时即使不借助PC 机，也可实时监控数据流状态及正确与否,彻底改变了其它实验设备为监控状态必须加入读操作的不真实实验方法，使得学生十分容易认识和理解计算机组成结构。实验系统各部件可以通过J1、J2、J3 座之间不同的连线组合，可进行各部件独立的实验，也可进行各部件组合实验，再通过与控制线的组合，就可构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机。
（2）开放式设计
实验系统的软硬件对用户的实验设计具有完全的开放特性。与众不同的是:各实验模块的数据线、地址线与系统之间的挂接是通过三态门，而不是其它实验设备所采用的扁平连线方法，而数据线、地址线是否要与系统连通，则由用户连线控制，这样，就真实的再现了计算机工作步骤。需要强调指出的是：用“连线跨接”并不能说明其开放特性，而所谓的开放性应指的是运算器、控制器及微程序指定的格式及定义能否进行修改和重新设计。DB-CPTH+系统的运算器采用了代表现代科技的EDA 技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载的方案，能进行加、减、与、或、带进位加、带进位减、取反、直通八种运算方式，若用户不满意该套方案，也可自行重新设计并通过JTAG 口下载。控制器微指定格式及定义可通过键盘和PC 机进行重新设计，从而产生与众不同的指令系统。系统的数据线、地址线、控制线均在总线插孔区引出，并设计了40 芯锁进插座，供用户进行RAM、8251、8255、8253、8259 等接口器件的扩展实验。系统提供的两种控制器之一的组合逻辑控制器已下载有一套完整的实验方案，用户也可使用CPLD 工具在PC 机上进行自动化设计。
开放式设计的特点还在于，用户可以设计自己的指令/微指令系统。系统中已带有两套指令/微程序系统，用户可参照来设计新的指令/微程序系统。
（3）支持中断实验
采用最底层的器件设计而非有些产品所采用的集成器件 8259，从而让学生可以从微程序层面上学习中断请求、中断响应、中断处理、中断入口地址的产生、中断服务程序及中断返回（RETI）整个过程。专家指出：“中断”是单片机、微机、DSP 等学科中不可或缺的功能，故应在计算机原组成原理这门基础学科中对其进行充分的学习和实验。
(4) 两种控制器方式
系统提供两种控制器方式，即微程序控制器和组合逻辑控制器。在微程序控制器中，系统能提供在线编程，实时修改程序，显示程序并调试进行的操作环境。组合逻辑控制器，已下载有一套完整的实验方案，用户也可使用CPLD 工具在PC 机上进行自动化设计。微程序控制器和组合逻辑控制器两种类型都有流水和非流水两种方案。
（5）三种工作方式
1、手动方式——不连PC 机，通过实验仪的开关输入信号进行实验，用LCD 及各部件的8 个状态LED，两个LED 数码管观察运行状态和结果，手动进行实验；
2、联机方式——连PC 机，通过WINDOWS 调试环境及图形方式进行更为直观的实验。在WINDOWS 调试环境中提供了功能强大的逻辑分析和跟踪功能，既可以以波形的方式显示各逻辑关系，也可在跟踪器中，观察到当前状态的说明及提示；
3、脱机方式——不连PC 机，通过实验仪的键盘输入程序、微程序，用LCD 及各部件的8 个状态LED，两个LED 数码管观察运行状态和结果，手动进行实验；
（6）完善的寻址方式
累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址、存储器寻址；
（7）运算器和控制器采用CPLD LC4256芯片,支持VHDL语言、Verlog语言和图形化语言.
（8）逻辑分析仪
对于教师而言，不难体会要讲清时序关系是不容易的。而学生理解并利用时序关系则难上加难。而由于现代集成技术的迅猛发展，在实际工作中需要更多的利用逻辑分析工具进行时序分析。计算机组成原理与系统结构教学实验系统具备高性能逻辑分析功能，老师可通过电化教学设备向学生现场展示指令与时序的关系，可让学生在实验时直观地观测到指令与时序的关系，可有效的提高教学效果。
（8）丰富的调试手段，具有单步、微单步、运行、暂停等功能。
（9）通过实验仪或PC机键盘,在线动态修改寄存器、程序/微程序计数器、程序/微程序存贮器的内容。
（10）具有系统自动检测功能，能精确显示故障位置。
（11）支持USB通讯连接，可以适应笔记本，台式机等多种机型，运行环境为Windows2000/XP/ Win7/Win8系统。
二、系统组成
系统由实验主板、调试软件、内置开关电源组成。
采用数字电路设计“组成原理”，以便从最底层来展现“原理”之精髓，采用CPLD设计运算器和微程序控制器。
系统实验主板有：寄存器组、运算单元、累加器A暂存器W、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、MCS-51智能管理单片机、24个拨码开关、4*6矩阵键盘、字符式LCD、RS232口、USB通讯口。
三、实验项目
模型机模块实验
（1）寄存器实验
实验1：A，W 寄存器实验
实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验
实验3：MAR 地址寄存器，ST 堆栈寄存器，OUT输出寄存器
（2）运算器实验（加、减、或、与、带进位加、带进位减、A取反、A输出，共8种运算。）
（3）数据输出实验/移位门实验
实验1：数据输出实验
实验2：移位实验（位左移；位右移）
（4）微程序计数器UPC 实验
实验1：uPC 加一实验
实验2：uPC 打入实验
（5）PC 实验
实验1：PC 加一实验
实验2：PC 打入验
（6）存储器EM 实验
实验1：PC/MAR 输出地址选择
实验2：存储器EM 写实验
实验3：存储器EM 读实验
实验4：存储器打入IR指令寄存器/uPC实验
实验5：使用实验仪小键盘输入EM
（7）微程序存储器UM 实验
实验1：微程序存储器uM 读出
实验2：使用实验仪小键盘输入uM
（8）中断实验
（9）模型机综合实验（微程序控制器）
实验1：数据传送实验/输入输出实验
实验2：数据运算实验（加/减/与/或）
实验3：移位/取反实验
实验4：转移实验
实验5：调用实验
实验6：中断实验
实验7：指令流水实验
实验8：RISC 模型机
（10）组合逻辑控制
实验1：组合逻辑控制器
实验2：用CPLD实现运算器功能
（11）设计指令/微指令系统
（12）模型机扩展实验
扩展实验一：用8255 扩展I/O 端口实验
扩展实验二：用8253 扩展定时器试验
注：实验（1）～（8）为手动微代码控制，（9）～（12）为微程序或组合逻辑控制。

四、上位软件截图
(1) 具有微程序实时流程图界面，可从微程序运行角度来观察和调试计算机指令运行过程。