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计算机组成原理实验教学探讨 西安唐都科教仪器公司 “计算机组成原理”这门课主要讲授计算机的基本组成原理和模型计算机的实现方法， 可使学生对计算机系统的基本原理有一个清晰的概念和认识，能更好的培养学生的创新意识 和设计能力，也可使学生对计算机系统结构方面有一个初步的认识和理解。涉及的内容为从 计算机的各组成部件到完整的模型计算机，从模型计算机的指令系统到存储系统与存储技 术、输入输出系统与 I/O 技术等。 “计算机组成原理”这门课是基础课，内容要完整，其教学手段要形象化，使学生容易 学会本课程内容，可适当引进大规模逻辑设计手段，但不要过于复杂，不要片面追求所谓“先 进”，如：“全面 FPGA 设计”或“16 位是高性能”等，因为这些所谓的“先进”一点都不 代表当今计算机发展的先进技术，反而成了学生学懂本门课的障碍，计算机组成原理课程还 是要让学生搞懂原理和完整的计算机构成，使用图形化的调试工具能帮助学生很好地理解课 程内容，使本课程达到好教易学的效果。 一、“计算机组成原理”课程实验教学的意义 “计算机组成原理”课程中的概念抽象，计算机内部的组成情况无法直观显现，具有难 教难学的特点，所以具有图形化调试工具的实验教学则对本门课程能起到非常好的教学效 果。通过实验，学生可将书本上难于理解的概念搞明白，又能对计算机真实的工作过程有个 完整的理解和把握，对于学生掌握本门课的内容和知识要点，并顺利通过考研都能起到很大 的作用。 “计算机组成原理”作为基础课，为开展后续的专业基础课“计算机体系结构”和专业 课“计算机系统设计”的教学可打下坚实的基础。其后再通过专业基础课“计算机体系结构” 和专业课“计算机系统设计”的教学和实践，可使学生掌握一个完整的计算机系统的设计理 念和实现方法，由此就可使学生培养出能够设计并实现一个完整、真实的计算机系统的知识、 方法、能力和信心，从而为我国计算机产业的发展奠定人才基础和技术基础。 二、“计算机组成原理”课程实验内容 1. 通过对计算机运算器、存储器、控制器等各部件的实验，来研究组成计算机的每个部件 的工作原理及设计方法。 2. 通过对几种不同复杂程度的模型计算机的设计实验，来研究计算机的各组成部件是如何 配合协调工作的，并由此掌握设计计算机系统的方法，在此基础上还可扩展到输入输出系统 实验。 3. 通过计算机系统结构方面的设计和研究实验，可使学生学习掌握一些计算机结构方面的 原理和设计方法。 详细实验项目如下： • 运算器及设计实验 （1）基本运算器实验 （2）超前进位加法器设计实验 （3）阵列乘法器设计实验 • 存储系统及设计实验 （1）静态随机存储器实验 （2）Cache 控制器设计实验 • 控制器及设计实验 （1）时序发生器设计实验 （2）微程序控制器实验 • 系统总线与总线接口实验 （1）系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验 （2）具有中断控制功能的总线接口设计 （3）具有 DMA 控制功能的总线接口设计 • 模型计算机的设计实验 （1）CPU 与简单模型机设计实验 （2）硬布线控制器模型机设计实验 （3）复杂模型机设计实验 • 输入、输出系统实验 （1）具有中断处理功能的模型计算机设计实验 （2）具有 DMA 处理功能的模型计算机设计实验 （3）典型 I/O 接口 8253 扩展设计实验 • 先进计算机结构的设计及研究实验 （1）基于 RISC 处理器的模型计算机设计实验 （2）基于重叠技术的模型计算机设计实验 （3）基于流水技术的模型计算机设计实验 三、实验方法 1. 开放性实验设计 本门课程从部件到整机都是需要实验的，更需要具有开放性和可设计性，所以需要关心 实验设备的可设计的的软硬件空间有多大，其调试实现的难易程度有多大。应采用开放式的 单元化结构电路，使学生用排线就可以将各部件高效快捷地连接起来构成模型计算机，强调 开放、强调可设计空间，这对实验的效率和成功率都是重要的。 2. 以部件单元电路为主，并结合 CPLD/FPGA 设计手段 基于开放式单元电路的实验计算机的构建方法，可以大大简化实验计算机的设计难度和 规模，在突出重点的同时还能保证具有极高的实验效率和成功率。在掌握了部件和整机电路 的工作原理和实现方法之后，也可以在 CPLD/FPGA