CN215643144U - 一种计算机组成原理教学平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种计算机组成原理教学平台，包括：FPGA芯片；与所述FPGA芯片电连接的计算机组成模组；与所述FPGA芯片以及所述计算机组成模组分别电连接的STM32功能芯片；以及与所述STM32功能芯片电连接的输入输出设备。本实用新型的技术方案能解决现有技术中计算机教学功能简单，缺乏系统性和设计性，并且教学实验效率低下的问题。

Description

一种计算机组成原理教学平台

技术领域

本实用新型涉及计算机技术领域，尤其涉及一种计算机组成原理教学平台。

背景技术

计算机是现代一种用于高速计算的电子计算机器，既能够进行数值计算，又能够进行逻辑计算，另外还具有存储记忆功能，因此计算机是一种能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

通常情况下，计算机由硬件系统和软件系统所组成，而计算机的硬件系统包括大量的功能模块，通常情况下在研究计算机组成，对计算机组成教学时无法拆开计算机来研究。在此情况下，就需要使用相关电子器件模拟计算机的组成原理。

目前国内各高校都很重视组成原理实验课的教学，但高校教学采用的实验设备大多为基于模块化的实验平台。该基于模块的传统实验平台大多由生产厂家将CPU等计算机的各个功能部件全部做好，在教学时只需学生通过连线和拨动相应开关，或者使用MATLAB等软件设计相关程序即可完成实验。上述方式只能完成一些简单功能的实验，缺乏系统性和设计性。另外，实验模式和实验内容难以突破实验平台的限制，导致实验内容和课堂教学内容不能很好配合，造成教学实验效率低下。

实用新型内容

本实用新型提供了一种计算机组成原理教学平台，旨在解决现有技术中计算机教学功能简单，缺乏系统性和设计性，并且教学实验效率低下的问题。

本实用新型提供了一种计算机组成原理教学平台，包括：

FPGA芯片；

与FPGA芯片电连接的计算机组成模组；

与FPGA芯片以及计算机组成模组分别电连接的STM32功能芯片；

以及，与STM32功能芯片电连接的输入输出设备。

优选地，所述计算机组成模组，包括：

与FPGA芯片分别电连接的运算器、存储器、计数器、定时器和通信串口。

优选地，所述计算机组成原理教学平台还包括：

与STM32功能芯片电连接的控制信号发生器；

以及，与控制信号发生器和计算机组成模组分别电连接的通信控制电路。

优选地，所述控制信号发生器包括：与STM32功能芯片电连接的CPLD芯片，与CPLD芯片和STM32功能芯片分别电连接的UART芯片；

通信控制电路包括：与UART芯片电连接的USB桥接电路。

优选地，所述计算机组成原理教学平台还包括：

与FPGA芯片电连接的模式转换芯片；

以及，与FPGA芯片和模式转换芯片分别电连接的时钟电路。

优选地，所述输入输出设备，包括：

与STM32功能芯片电连接的控制按键；

与STM32功能芯片电连接的触控显示屏；

以及与STM32功能芯片电连接的示波器。

优选地，所述计算机组成原理教学平台还包括：

分别与FPGA芯片、计算机组成模组和STM32功能芯片分别电连接的供电芯片；

与供电芯片电连接的电源适配器；

以及与电源适配器电连接的供电插头。

优选地，所述供电芯片包括：

与电源适配器和FPGA芯片分别电连接的第一电源转换子芯片；

与电源适配器和计算机组成模组分别电连接的第二电源转换子芯片；

以及，与电源适配器和STM32功能芯片分别电连接的第三电源转换子芯片。

优选地，所述计算机组成原理教学平台还包括：与STM32功能芯片电连接的时序信号发生器。

综上，本申请技术方案提供的计算机组成原理教学平台，过程如下：

FPGA芯片连接计算机组成模组，通过FPGA芯片为计算机组成模组设计IP核，从而实现各个计算机组成模组的基本功能，并且STM32功能芯片与FPGA芯片和计算机组成模组分别电连接，这样STM32功能芯片就能够在FPGA芯片设计IP核后，对各个计算机组成模组进行编程功能验证，另外，输入输出设备与STM32功能芯片电连接，这样各个计算机组成模组在进行编程功能验证后，STM32功能芯片就能够将各个模组的功能实现结果通过输入输出设备进行展示。另外，输入输出设备与STM32功能芯片电连接，还能够输入控制指令至STM32功能芯片，通过STM32功能芯片控制各个计算机组成模组实现用户设计的功能。

综上，本申请技术方案提供的计算机组成原理教学平台，通过FPGA芯片为计算机组成模组设计IP核，并通过STM32功能芯片为计算机组成模组进行编程和功能验证，能够完成计算机教学的多种功能，具有系统性和设计性，教学实验效率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种计算机组成原理教学平台的结构示意图；

图2是图1所示实施例提供的一种输入输出设备的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型实施例的主要技术问题如下：

现有的研究计算机组成的教学实验设备大多基于模块化设计，在出厂时已经由厂商厂家将计算机的各个功能模块做好，在教学时只需要学生通过连线和拨动相关开关，或使用软件设计相关程序即可完成。上述方式只能够完成一些简单功能的实验，缺乏系统性和设计性，并且教学实验效率低下。

为了解决上述问题，本申请下述实施例提供了计算机组成原理教学平台的结构示意图。

具体参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种计算机组成原理教学平台的结构示意图。如图1所示，该计算机组成原理教学平台，包括：

FPGA芯片1；FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既能够解决定制电路的不足，又能够克服原有可编程器件门电路数有限的缺点。

与FPGA芯片1电连接的计算机组成模组2。计算机组成模组2包括：存储器202、计数器203、定时器204和串口等计算机结构。该计算机组成模组2与FPGA芯片1相连，这样FPGA芯片1就能够为各个计算机组成模组2设计IP核，从而实现各个计算机组成模组2的功能设计，使得计算机组成模组2完成较为复杂的功能。

与FPGA芯片1以及计算机组成模组2分别电连接的STM32功能芯片3。STM32功能芯片3与FPGA芯片1和计算机组成模组2相连，这样在FPGA芯片1为各个计算机组成模组2设计完成IP核后，STM32功能芯片3就能够对各个计算机组成模组2进行编程功能验证。

以及，与STM32功能芯片3电连接的输入输出设备4。输入输出设备4与STM32功能芯片3相连，能够接收用户输入的功能指令，并通过STM32功能芯片3控制各个计算机组成模组2运转，并且通过输入输出设备4能够获取到各个计算机组成模组2的功能实现结果。

综上，本申请技术方案提供的计算机组成原理教学平台，过程如下：

FPGA芯片1连接计算机组成模组2，通过FPGA芯片1为计算机组成模组2设计IP核，从而实现各个计算机组成模组2的基本功能，并且STM32功能芯片3与FPGA芯片1和计算机组成模组2分别电连接，这样STM32功能芯片3就能够在FPGA芯片1设计IP核后，对各个计算机组成模组2进行编程功能验证，另外，输入输出设备4与STM32功能芯片3电连接，这样各个计算机组成模组2在进行编程功能验证后，STM32功能芯片3就能够将各个模组的功能实现结果通过输入输出设备4进行展示。另外，输入输出设备4与STM32功能芯片3电连接，还能够输入控制指令至STM32功能芯片3，通过STM32功能芯片3控制各个计算机组成模组2实现用户设计的功能。

综上，本申请技术方案提供的计算机组成原理教学平台，通过FPGA芯片1为计算机组成模组2设计IP核，并通过STM32功能芯片3为计算机组成模组2进行编程和功能验证，能够完成计算机教学的多种功能，具有系统性和设计性，教学实验效率较高。

作为一种优选的实施例，如图1所示，本申请实施例提供的计算机组成模组2包括：

与FPGA芯片1分别电连接的运算器201、存储器202、计数器203、定时器204和通信串口205。上述运算器201、存储器202、计数器203、定时器204和通信串口205能够模拟计算机组成模组2，实现计算机的各个功能，并与FPGA芯片1相连，从而通过FPGA芯片1实现各个功能模组的IP核的设计。

作为一种优选的实施例，如图1所示，本申请实施例提供的计算机组成原理教学平台还包括：

与STM32功能芯片3电连接的控制信号发生器5；

以及，与控制信号发生器5和计算机组成模组2分别电连接的通信控制电路6。

本申请实施例提供的技术方案中，控制信号发生器5与STM32功能芯片3电连接，这样当STM32功能芯片3需要进行功能验证时，可以通过控制信号发生器5发出控制信号，并通过通信控制电路6发送至各个计算机组成模组2，进而实现计算机组成模组2功能的模拟校验。

作为一种优选的实施例，如图1所示，本申请实施例中，控制信号发生器5包括：与STM32功能芯片3电连接的CPLD芯片501，与CPLD芯片501和STM32功能芯片3分别电连接的UART芯片502；

通信控制电路6包括：与UART芯片502电连接的USB桥接电路601。

本申请实施例提供的技术方案中，可编程逻辑控制器CPLD芯片501与STM32功能芯片3相连，能够控制STM32功能芯片3的编程逻辑，为设计者动态改变运行电路中STM32功能芯片3的逻辑功能创造条件；另外，通用异步收发传输器UART芯片502分别与CPLD芯片501和STM32功能芯片3相连，能够通过UART芯片502进行串并联转换，提高CPLD芯片501和STM32功能芯片3之间的数据传输效率。另外，该UART芯片502与USB桥接电路601相连，能够通过该USB桥接电路601接收外部数据，将外部数据传输至CPLD芯片501或STM32功能芯片3。

作为一种优选的实施例，如图1所示，本申请实施例提供的计算机组成原理教学平台还包括：

与FPGA芯片1电连接的模式转换芯片7；以及与FPGA芯片1和模式转换芯片7分别电连接的时钟电路8。

本申请实施例提供的技术方案中，模式转换芯片7与FPGA芯片1电连接，这样能够控制FPGA芯片1的传输模式，如同步传输或异步传输，其中FPGA芯片1与模式转换芯片7分别与时钟电路8电连接，这样在时钟电路8的控制下，模式转换芯片7能够周期性地控制FPGA芯片1的传输模式的切换。

作为一种优选的实施例，如图2所示，本申请实施例提供的输入输出设备4包括：

与STM32功能芯片3电连接的控制按键401；

与STM32功能芯片3电连接的触控显示屏402；

以及与STM32功能芯片3电连接的示波器403。

本申请实施例提供的技术方案中，控制按键401与STM32功能芯片3电连接，这样通过控制按键401能够改变STM32功能芯片3的内部功能，从而改变各个计算机功能模组的功能；另外本申请实施例还设置触控显示屏402，通过触控显示屏402与STM32功能芯片3相连，能够触控操纵STM32功能芯片3的功能，触发操作指令，并且显示STM32功能芯片3传输的内容。示波器403与STM32功能芯片3电连接，能够在测试各个计算机功能模组得到相关测试结果时，使用该STM32功能芯片3获取各个计算机功能模组的波形图。

作为一种优选的实施例，如图1所示，本申请实施例提供的计算机组成原理教学平台还包括：

分别与FPGA芯片1、计算机组成模组2和STM32功能芯片3分别电连接的供电芯片9；

与供电芯片9电连接的电源适配器10；

以及与电源适配器10电连接的供电插头11。

本申请实施例提供的技术方案中，供电芯片9分别与FPGA芯片1、计算机组成模组2和STM32功能芯片3电连接，能够分别为上述结构模块提供电能，并且该供电芯片9连接电源适配器10和供电插头11，这样通过供电插头11接入外部电源，并能够通过电源适配器10为供电芯片9提供电能。

作为一种优选的实施例，如图1所示，本申请实施例提供的供电芯片9包括：

与电源适配器10和FPGA芯片1分别电连接的第一电源转换子芯片901；

与电源适配器10和计算机组成模组2分别电连接的第二电源转换子芯片902；

以及，与电源适配器10和STM32功能芯片3分别电连接的第三电源转换子芯片903。

本申请实施例提供的技术方案中，通过第一电源转换子芯片901，能够将电源适配器10转换的特定电压幅度的电能传输至FPGA芯片1；通过第二电源转换子芯片902能够将电源适配器10传输的电能传递至计算机组成模组2；另外，通过第三电源转换子芯片903能够将电源适配器10转换的电能传递至STM32功能芯片3。

作为一种优选的实施例，如图1所示，所述计算机组成原理教学平台还包括：与STM32功能芯片3电连接的时序信号发生器12。时序信号发生器12与STM32功能芯片3电连接，能够控制STM32功能芯片3的信号的发生时序，从而调节各个计算机组成模组2的功能。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种计算机组成原理教学平台，其特征在于，包括：

FPGA芯片(1)；

与所述FPGA芯片(1)电连接的计算机组成模组(2)；

与所述FPGA芯片(1)以及所述计算机组成模组(2)分别电连接的STM32功能芯片(3)；

以及，与所述STM32功能芯片(3)电连接的输入输出设备(4)。

2.根据权利要求1所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，所述计算机组成模组(2)，包括：

与所述FPGA芯片(1)分别电连接的运算器(201)、存储器(202)、计数器(203)、定时器(204)和通信串口(205)。

3.根据权利要求1所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，还包括：

与所述STM32功能芯片(3)电连接的控制信号发生器(5)；

以及，与所述控制信号发生器(5)和所述计算机组成模组(2)分别电连接的通信控制电路(6)。

4.根据权利要求3所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，所述控制信号发生器(5)包括：与所述STM32功能芯片(3)电连接的CPLD芯片(501)，与所述CPLD芯片(501)和所述STM32功能芯片(3)分别电连接的UART芯片(502)；

所述通信控制电路(6)包括：与所述UART芯片(502)电连接的USB桥接电路(601)。

5.根据权利要求1所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，还包括：

与所述FPGA芯片(1)电连接的模式转换芯片(7)；

以及，与所述FPGA芯片(1)和所述模式转换芯片(7)分别电连接的时钟电路(8)。

6.根据权利要求1所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，所述输入输出设备(4)，包括：

与所述STM32功能芯片(3)电连接的控制按键(401)；

与所述STM32功能芯片(3)电连接的触控显示屏(402)；

以及与所述STM32功能芯片(3)电连接的示波器(403)。

7.根据权利要求1所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，还包括：

分别与所述FPGA芯片(1)、所述计算机组成模组(2)和所述STM32功能芯片(3)分别电连接的供电芯片(9)；

与所述供电芯片(9)电连接的电源适配器(10)；

以及与所述电源适配器(10)电连接的供电插头(11)。

8.根据权利要求7所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，所述供电芯片(9)，包括：

与所述电源适配器(10)和所述FPGA芯片(1)分别电连接的第一电源转换子芯片(901)；

与所述电源适配器(10)和所述计算机组成模组(2)分别电连接的第二电源转换子芯片(902)；

以及，与所述电源适配器(10)和所述STM32功能芯片(3)分别电连接的第三电源转换子芯片(903)。

9.根据权利要求1所述的计算机组成原理教学平台，其特征在于，还包括：

与所述STM32功能芯片(3)电连接的时序信号发生器(12)。

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