虚拟仿真设计实现 CPU 控制器实验：对电路板、芯片、电源模块和连线等三维建模，选择芯片放置到电路板上，并对各种信号线进行连接，实现一个 CPU 控制器电路板。在电路板模型上可视化各种控制信号传输过程，加深对 CPU 控制器工作原理的理解。

虚拟仿真试验箱实验：通过在线虚拟仿真系统，拨动仿真软件界面模拟开关输入汇编指令，记录仿真软件三维模型给出的模拟反馈结果即可完成实验；针对记录的二进制控制信号进行分析，判断每个二进制信号控制作用，进一步判断是否实现汇编指令的功能。

远程实境实验：通过在线虚拟仿真系统，拨动仿真软件界面模拟开关。模拟开关信号经过服务器端转发到实验箱网络控制盒（NCTOX），NCTOX 把收到的开关信号转换成实验箱实际控制电平信号，通过 NCTOX 和实验箱的连接线发送到实验箱，从而驱动实验箱进行实际反馈。NCTOX 上连接的高清摄像头拍摄实验箱，将实验箱工作情况通过视频流的形式发送到服务器，服务器再将视频信号转发到仿真软件端，实时显示实验箱工作视频。

其中，虚拟仿真试验箱和远程实境实验，教学过程中按照客观条件二选一即可。虚拟仿真试验箱便利性好，不受时间空间限制；远程实境实验和实际操作试验箱效果相同，真实感更强。

虚拟仿真设计实现CPU控制器实验步骤：

1.点击左键选中材料库中控制器芯片 MACH，按住左键放置到电路板中对应位置，芯片自动贴合到电路板上。

2.点击左键选中材料库中运算器芯片 AM2901，按住左键放置到电路板中对应位置，芯片自动贴合到电路板上。依次在电路板上生成4片 Am2901 芯片，构成16位运算器。

3.点击左键选中材料库中存储器芯片 AT28C64，按住左键放置到电路板中对应位置，芯片自动贴合到电路板上。再次在电路板上生成 AT28C64 芯片，两片存储器构成16位存储器。

4.点击左键选中材料库中节拍发生器芯片 GAL20V8，按住左键放置到电路板中对应位置，芯片自动贴合到电路板上。

5.点击左键选中控制器芯片 MACH，点击左键选中运算器芯片 AM2901，芯片之间生成对应连线；重复操作，依次将运算器芯片和控制器芯片连接起来；

6.点击左键选中控制器芯片 MACH，点击左键选中存储器芯片 AT28C64，芯片之间生成对应连线；再次操作，连接另一片存储器芯片。

7.点击左键选中控制器芯片 MACH，点击左键选中节拍发生器芯片 GAL20V8，芯片之间生成对应连线；

8.点击左键选中按键 RESET，点击左键选中节拍发生器芯片 GAL20V8，相互之间生成对应连线；点击左键选中按键 START，点击左键选中节拍发生器芯片 GAL20V8，相互之间生成对应连线；

9.依次连接4片运算器芯片 AM2901 之间共享信号连线；连接两片存储器芯片 AT28C64 共享信号连线；

10.模拟加法指令 ADD 运行过程，先点击按键 RESET 使信号复位，再点击按键 START 观察控制与芯片之间的信号流向和数值；再次点击按键 START 并观察信号，三次点击按键 START 执行完成加法指令 ADD。

虚拟仿真试验箱或远程实境分解汇编指令实验步骤：

1.仿真教学机左下方的5个拨动开关置为 11110（工作方式：单步、手动置指令、组合、16 位、联机）。

2.按一下“RESET”按键，实验仿真系统或实验箱复位。

3. 通过16 位的数据开关 SWH、SWL 置入16 位的指令操作码；选择基本指令的A 组指令中的 SHR 指令，置拨动开关 SW=00001011 00010000；(表示指令 SHR R1)；

4. 按 RESET 按键；节拍指示灯 T4~T0 显示 01000，(本拍在第1 次复位后才会执行)，按照实验数据表格记录对应指示灯状态；

5. 按 START 按键；节拍指示灯 T4~T0 显示 00000；指令指针 PC 内容赋给地址寄存器 AR，PC 执行自加1操作，指向内存中的下一条指令；二进制信号显示 R5 保存到地址寄存器，R5 执行自加1操作。点击填写实验报告按钮，按照报告要求填写实验数据，自动生成实验报告；

6. 按 START 按键；节拍指示灯 T4~T0 显示 00010；将指令编码写入指令寄存器 IRH、IRL，从存储器读取指令到指令寄存器 IR。点击填写实验报告按钮，按照报告要求填写实验数据，自动生成实验报告；

7. 按 START 按键；节拍指示灯 T4~T0 显示 00011；(本拍执行SHR指令，R1←（R1+0）/2的右移操作) 。数据来源选择立即数D和0的组合，运算功能选择加法，运算结果存入寄存器 R1 的时候执行移位操作。点击填写实验报告按钮，按照报告要求填写实验数据，自动生成实验报告；

8.重复上述实验步骤分解其他汇编指令执行过程，必须分解汇编指令包括：加法指令 ADD、存储器读取指令 LOAD、进栈指令 PUSH、子程序调用 CALL。加上述 SHR 指令共计五条指令。