计算机组成原理虚拟实验的设计与实现

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1、ComputerEducation技术应用文章编号：1672-5913(2009)15-0182-04“计算机组成原理”虚拟实验的设计与实现董玮，赵林，陈秀寓，周海波(大连东软信息学院计算机系，辽宁大连116023)摘要：本文介绍了“计算机组成原理”课程的配套虚拟实验的设计思想，并以具体实验为例，详细介绍了实现的方法。这些实验已经在实际教学中应用，并取得了较好的教学效果。关键词：计算机组成原理；虚拟实验；DEBUG；MATLAB；虚拟实验仪中图分类号：G642文献标识码：B正是鉴于此种情况，我院设计并实现了“计算机组成1引言原理”课程的虚拟实验，并已经应用于实

2、际教学，取得了“计算机组成原理”是计算机专业的一门专业基础良好的效果。课，学习该课程的目的是使学生了解计算机的基本工作原2“计算机组成原理”虚拟实验的总体设计理，为进一步的学习打下基础。该课程理论性强，比较抽象，学生不易理解，因此，必须借助有效的实验加强教学2.1虚拟实验的组成效果。传统的“计算机组成原理”课程一般都采用专门的围绕着“计算机组成原理”课程的理论教学主线，“计物理实验仪进行实验，使用物理实验仪有以下几个缺点。算机组成原理”虚拟实验由七组实验案例组成，分别是数(1)实验成本高：由于专用的实验仪属于硬件设备，码系统、逻辑电路、存储系统、指令系统、CP

3、U的工作、建立实验室需要资金的投入，必须按照学生的规模进行输入与输出以及综合案例——CPU的设计，具体实验如图建设；1所示，其中带“*”的实验有一定难度，可以根据情况选(2)维护成本高：随着学生的使用，实验仪的损耗是☆作，带“”的实验为演示实验，可供教师在讲解理论时不可避免的，因此，在实验仪的维护上也需要投入相应的作为辅助教学的手段。成本；(3)可扩充性差：硬件的实验仪成品，在可扩充性上2.2进行虚拟实验应用的软件有相当大的局限性的，如果需要增加新的功能，一般不易实验中用到的软件分别是DEBUG(MS-DOS系统自实现；带)、MathWoks公司的MATLAB

4、软件中的Simulink工具(4)实验场合受到限制：由于硬件实验仪需要在实验箱以及由我院自行研制开发的“计算机组成原理”虚拟实室使用，学生进行实验的时间和地点也就受到了限制，学验仪系统。生如果希望多做一些实验，可能会因为实验室的使用问题(1)DEBUG不能如愿。DEBUG.exe是DOS操作系统提供的一个调试汇编语一方面现在各高校都在扩招，计算机专业的学生数也言程序的工具程序。利用DEBUG程序，程序员可以动态呈逐年上升趋势，这样无疑对物理实验室的建设、管理工调试汇编语言程序，可以检查或修改CPU各寄存器、标志作都带来了一些困难；另一方面，随着现在计算机教育的

5、位及内存单元的内容，也可以读写内存等。DEBUG程序普及，许多学生在初中、高中就已经开始接触计算机，而且计算机也逐渐走入家庭，成为普通家电的一种，因此，采用的是命令行形式，通过键盘输入命令，按回车键后开如果能够开发出在微机上进行的虚拟实验，不仅可以解决始执行该命令。使用该软件，配合8086系列微机的指令以上提到的几个问题，还可以引导学生正确使用自己的微系统，主要用于完成数码系统、指令系统以及输入输出系机，督促学生的课外学习。统等部分的实验。作者简介：董玮(1975-)，女，辽宁大连人，博士，副教授，主要研究方向为嵌入式以及多媒体技术。182技术应用Comput

6、erEducation图1“计算机组成原理”虚拟实验总体设计图(2)MATLAB和Simulink性等特点，与“计算机组成原理”理论教学密切配合，使MATLAB是MATrixLABoratory的缩写，是用自定义的指令系统，可以使学生在动手实践的基础上深MathWorks公司的产品，早期主要用于现代控制中复杂的刻直观地体会计算机的工作情况。该实验仪的结构如图矩阵、向量的各种运算。由于MATLAB提供了强大的矩2所示，分为CPU、存储系统、I/O系统、控制、交互输阵处理和绘图功能，很多专家因此在自己擅长的领域用它入等几个部分。由于虚拟实验仪模拟的CPU的时钟周期

7、为编写了许多专门的MATLAB工具包(toolbox)，如控制系统2s，使用自定义的指令系统，可以方便的观察到计算机内工具包(controlsystemstoolbox)、系统辨识工具包(system部各种信息的数据流动及时序，主要用来进行CPU的工identificationtoolbox)、信号处理工具包(signalprocessing作、Cache以及DMA的实验。toolbox)、鲁棒控制工具包(robustcontroltoolbox)、最优化3“计算机组成原理”虚拟实验的具体实现工具包(optimizationtoolbox)，等等。由于MATL

8、AB功能的不断扩展，现在的MATLAB