王景珊 李淑蘭

(景德鎮(zhèn)學(xué)院 江西景德鎮(zhèn) 333000)

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)一門與計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)的核心課程，同時(shí)也是很重要的考研必考課程之一。課程主要講述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用方法等知識(shí)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)十分重要。然而，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅能完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生不能很好地理解實(shí)際機(jī)器的工作原理，也就不能體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些仿真實(shí)驗(yàn)軟件開始出現(xiàn)，如TEC-4、Proteus。它們能更好地幫助師生解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困難。[1]

一、對(duì)Proteus軟件的介紹和應(yīng)用

Proteus軟件的出版公司是來自英國。它是一個(gè)EDA工具軟件。Proteus既能做到仿真，也能對(duì)單片機(jī)和外圍器件進(jìn)行仿真?？梢哉f，Proteus是世界上很著名的仿真軟件。不管是從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路合并仿真，并可以快速切換至PCB設(shè)計(jì)，還是對(duì)于虛擬模型的仿真，Proteus在目前來說是一個(gè)可以把仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。它是真正做到了從概念到產(chǎn)品都是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)。[2]

那么，Proteus可以應(yīng)用在哪些上面呢？我們通過Proteus可以讓實(shí)驗(yàn)數(shù)字和邏輯基礎(chǔ)電路都得以實(shí)現(xiàn)，并可以根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的目的，在之后的課程原理與接口技術(shù)中通過自己搭建的CPU去進(jìn)行接口仿真實(shí)驗(yàn)。前提是要掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)字和邏輯基礎(chǔ)電路。

二、Proteus和TEC-4在計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)

1.仿真實(shí)驗(yàn)軟件Proteus和TEC-4對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的要求不高。軟件是對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理的仿真設(shè)計(jì)。只要學(xué)生有數(shù)字邏輯和數(shù)字電路的基礎(chǔ)，了解邏輯門電路的基礎(chǔ)知識(shí)，就可以根據(jù)要求做出原理圖，對(duì)其進(jìn)行仿真，而且只需要有足夠臺(tái)數(shù)的計(jì)算機(jī)，便能夠開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這樣，學(xué)校在實(shí)驗(yàn)室硬件方面的投入就減少了很多。學(xué)生也能夠借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)，不限時(shí)間不限地點(diǎn)進(jìn)行使用。這樣便提高了學(xué)習(xí)效率。

2.Proteus組成的實(shí)驗(yàn)室可以只提供極少的儀器儀表，甚至可以不提供，為什么呢？因?yàn)镻roteus軟件自身就已經(jīng)提供了足夠數(shù)量的虛擬儀器儀表，不止這些，Proteus中可以在一個(gè)電路中使同一種類型的儀器儀表隨意調(diào)配使用。因此，Proteus還在能夠保證儀器儀表質(zhì)量的前提下大大減少實(shí)驗(yàn)室中需要的儀器儀表的數(shù)量。實(shí)驗(yàn)室中儀器儀表的數(shù)量、規(guī)格、質(zhì)量這三個(gè)方面是決定一個(gè)實(shí)驗(yàn)室是否合格的關(guān)鍵因素。Proteus的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)讓實(shí)驗(yàn)室的日常運(yùn)行成本降低了不小。不僅如此，Proteus甚至讓元器件的損耗降低為零。這便節(jié)約了很大的實(shí)驗(yàn)成本，由此可見其重要性和影響程度。[3]

3.Proteus最重要的作用就是在電子課程教學(xué)中能夠支持電路設(shè)備的仿真，解決了以前在電子課程中學(xué)生需要自己做實(shí)驗(yàn)時(shí)因?yàn)樾枰簧僭O(shè)備而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)難進(jìn)行的問題，而且可以在構(gòu)建硬件前，先應(yīng)用Proteus仿真軟件在模擬環(huán)境中通過。這樣更改過后，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中既可以做到不費(fèi)時(shí)不費(fèi)力，還減少了由于設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)而造成的在硬件方面沒必要的浪費(fèi)。

4.TEC-4是一個(gè)8位計(jì)算機(jī)模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于計(jì)算機(jī)組成原理課程、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。TEC-4運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路、控制器和控制臺(tái)每部分的劃分都很明了，模型不復(fù)雜、易操作，實(shí)用性強(qiáng)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流水的控制，因?yàn)橛?jì)算機(jī)模型用的是數(shù)據(jù)總線和指令總線雙總線的體制。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生可以用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的系統(tǒng)編程芯片ispLSI1032來解決硬布線控制器的問題。同時(shí)，它可以阻止電源對(duì)地短路，因?yàn)殡娫床糠钟玫氖悄K電源。這個(gè)電源的重量是很輕的。

三、Proteus在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

1.Proteus改革的優(yōu)點(diǎn)還在于其能夠給出仿真的運(yùn)行結(jié)果：

?

我們以前會(huì)因?yàn)槭褂貌划?dāng)或者放置時(shí)間過長而導(dǎo)致芯片壞掉，從而影響學(xué)生看到運(yùn)行的結(jié)果。然而，我們使用Proteus，只需要連線，加上正確的操作，就能得到仿真的運(yùn)行結(jié)果了。這樣不僅可以略掉反復(fù)檢查環(huán)節(jié)，節(jié)省時(shí)間，還能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得成就感。

2、Proteus非常適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生能夠輕松地學(xué)會(huì)Proteus計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用并能做到對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的仿真。Proteus可以使用一般的硬件，也不會(huì)影響使用。因此，學(xué)生在沒有實(shí)物芯片或接插件等一些設(shè)備的時(shí)候仍然可以不受影響地學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

四、結(jié)束語

本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是在計(jì)算機(jī)組成原理的課程中設(shè)計(jì)出一些虛擬實(shí)驗(yàn)來，把Proteus和TEC-4應(yīng)用到教學(xué)里。這有很大的好處。它們的虛擬實(shí)驗(yàn)成本少，仿真能力強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)容易操作，難度也很符合學(xué)生的實(shí)際水平。學(xué)生可以不受時(shí)間限制進(jìn)行自學(xué)，即為實(shí)驗(yàn)教學(xué)節(jié)省了大量成本，也提高了學(xué)生的設(shè)計(jì)技能，使其能深刻理解實(shí)際機(jī)器的工作原理。因此，這是一項(xiàng)值得推廣的教學(xué)改革。