基于AEDK-CPT的计算机组成原理实验创新设计实例.docx

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基于AEDK-CPT的计算机组成原理实验创新设计实例

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张桂东，李蜀娴

（兰州大学信息科学与工程学院，甘肃兰州730000）

摘要：本文分析了我校“计算机组成原理实验”课程教学存在的问题，以一道具体的实验题目为例，详细论述计算机组成原理实验创新设计的思路、过程与难点，并总结了其优势之处，为提高“计算机组成原理实验”课程教学质量进行一些研究与探索，给基于AEDK-CPT的计算机组成原理实验创新设计提供好的借鉴。

关键词：计算机组成原理实验；创新能力；微程序

中图分类号：G642.423文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）12-0251-04

计算机组成原理是计算机类各专业的核心基础课，具有涉及面广、抽象性强和学习难度大的特点。在开展好理论教学的同时，对实验教学环节必须给予足够的重视。通过实验教学，帮助学生巩固和扩充理论知识，学习研究方法和实验技能，使学生具有较强的分析问题和解决问题的能力，对提高学生的综合素质、实践能力和创新能力都具有重要的意义，以适应科学技术的飞速发展。因此，课程实验的设计，在整个课程的学习中具有举足轻重的作用[1-4]。

兰州大学计算机组成原理实验教学使用AEDK-CPT

型实验系统，采用了功能模块化的设计思路，学生可以单独设计和调试各个功能模块。这种固定结构的实验平台可帮助学生较好地了解、熟悉并掌握算术逻辑运算单元、通用寄存器单元、堆栈寄存器单元、微程序控制单元、指令部件单元、时序启停单元等模块的工作原理，同时对模型机框架结构、模块组成与联接、指令系统、指令数据信息流等知识点，对计算机主要部件的工作原理有了初步的认识和理解，能够有效提高学生的动手能力。同时，计算机组成原理实验教学也存在一些问题：（1）实验题目类型单一，实验内容偏少，实验方法设计简单，学生易“照本宣科”，“知其然，不知其所以然”，只关心最后的实验结果，而不探索“为什么会如此连线，实验有哪些缺陷以及应该如何改进”等问题，无法真实考察每一位学生的实际动手能力和创新能力；（2）受传统思维的限制，学生一般都不会深层次思考问题，学习的主动性、积极性和创新意识不足，学生对理论知识十分重视，但往往却轻视实验教学的重要性，课前不预习，对实验内容与实验步骤不明确，得多且过；（3）大多是验证性实验题目，缺少一些好的设计型实验题目，实验内容的扩展性不强，思维方式难以突破实验箱的限制。本文以一道具有综合性、复杂性、设计型的组成原理创新实验为例，详细论述基于AEDK-CPT型实验箱组成原理创新实验的设计过程，提出AEDK-CPT型实验系统下进行计算机组成原理实验教学创新的一种思路。

一、实验题目及要求

实验题目：计算（A_data||R2_data）+R2_data]-R3_data的值，将结果写入RAM地址20H。其中：A_data是指累加器A中存储的数值，R0_data、R1_data分别是指寄存器R0、R1中存储的值，A_data、R2_data、R3_data是一组8位二进制表示的数值。实验内容及要求：（1）编写合理的指令程序，要求（A_data||R2_data）+R2_data]的计算由一条程序语句实现；（2）编写合理的微程序，并准确记录微单步操作过程；（3）描述提纲式实验步骤；（4）要求在6学时内完成。结合实验内容、工作原理等内容，兼顾重点与难点，设计了4个思考问题：（1）分析MD2、MD3、MD4、MD5与I4、I5、I6、I7相连的作用。（2）写出能够正确计算表达式（A||B+1）+（A||B+1）/B结果的微指令。（3）按照实验步骤在模型机框图中标示出正确的数据流向。（4）手动控制pls1、pls2、pls3、pls4的依次输入，记录完整的时序过程及数据。本实验题目集成了读/写控存微指令、读/写内存单元指令或数据、算术逻辑运算单元、寄存器组单元、微程序控制单元、指令系统设计、微程序设计、微程序首地址计算等多个知识点，使学生更好地理解模型机框架图及工作原理，更好地掌握指令的不同类型、指令的数据信息流等重要知识点。

二、分析与设计

实验箱默认设置的指令系统不能满足“采用一条程序语句完成表达式[（A_data||R2_data）+R2_data]的计算”的要求，因此必须引导学生自行设计并修改微指令表和指令系统。表达式[（A_data||R2_data）+R2_data]的计算由两片74LS181芯片完成，该芯片具有48种不同的功能。图1是74LS181芯片外引线功能[5]与逻辑图，其中引脚M用于工作方式控制，也就是用来控制是逻辑运算还是算术运算，引脚CN用于进位控制，引脚S3、S2、S1、S0组合起来