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在计算机组成原理教学实验中,教学计算机是进行实验的必备工具,它提供了学生实验的软硬件平台。近几年随着计算机和微电子技术的发展,微处理器的设计和实现一直是国内外研究的热点。目前计算机组成原理实验用的TEC-2000,XS40等国内外同类实验计算机,都是在指令集、指令格式、数据表示、寻址方式、存储方式等相对确定的情况下进行实验。实验人员在这个平台上主要进行功能实现和验证,或在计算机系统结构已确定的情况下进行具体的设计工作。造成该限制的根本原因是要在同一个CPU上运行已经设计好的监控程序和测试程序,即所谓二进制兼容问题。在这样的实验装置上进行设计和研究具有很大的局限性,不能满足实验人员的自主性设计需求。本文提出了一种新的设计思想,即建立一个面向研究型,设计型的通用CPU实验平台。在该平台中能够消除各种限制,利用各种不同的开发工具,从CPU的指令集、指令格式、数据表示到寻址方式、存储方式等全部可以由实验人员自由设计,并且该平台能够对各种不同类型的16位CPU进行调试和测试。整个CPU实验系统中分为两大部分,即CPU内核和提供该内核运行环境的外围主板,其中CPU内核是计算机系统的核心。为了实现通用CPU实验系统,本研究预先设计一个16位参考CPU,然后设计外围主板组成通用CPU实验平台,来提供CPU的实际运行、调试和测试环境。CPU内核采用VHDL硬件描述语言输入,结合流行的EDA设计、综合、仿真工具,最后在FPGA上实现该内核。只要实验人员对自己设计的不同构架CPU提供关于指令系统的相应描述,测试平台就可以方便的生成针对该指令系统的代码,进行测试和验证。这样实验人员就可以不受任何限制,从CPU指令系统构架的确定开始,进行指令集、数据通路、控制通路设计,在该平台上实现自己设计的CPU。通用CPU实验系统提供很大的灵活性,消除了传统实验装置由于计算机系统结构和硬件相对确定所受到的限制,允许实验人员从头开始设计,直至完成整个CPU的设计实现,取得了比较好的效果。通过CPU实验系统进行自由的CPU设计,实验人员还可以学习掌握当今流行的设计方法和设计工具,更好的理解计算机组成原理。该系统不仅丰富了计算机组成原理的实验内容,而且为不同构架的16位CPU设计和研究提供了一个灵活开放的平台。