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东南大学微机实验综合课程设计

一、实验目的与任务

(1)本实验旨在通过微机实验综合课程的设计，帮助学生深入理解和掌握计算机硬件、软件和系统知识，提高学生在实际工程中应用这些知识解决复杂问题的能力。实验过程中，学生将接触到包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等计算机核心组件的工作原理，以及它们之间的相互作用。实验涉及的数据处理量预计达到10000次，通过模拟实际场景，让学生学会如何优化数据处理流程，提高系统性能。

(2)在实验中，学生将进行一个综合性的系统设计项目，包括硬件选型、软件编程和系统集成。通过实际案例，如设计一个基于微处理器的智能监控系统，学生将学会如何从需求分析开始，逐步进行硬件设计、软件编写和系统测试。在此过程中，学生需要处理的硬件设备数量预计达到50种以上，软件编程代码行数预计达到10000行，旨在让学生通过实际操作，培养系统思维和工程实践能力。

(3)本实验将培养学生的团队合作精神，通过小组协作完成实验项目。实验过程中，每个小组成员将承担不同的角色，如硬件工程师、软件工程师和测试工程师。预计小组成员人数为5人，实验周期为4周。通过实验，学生将学习如何有效地沟通和协调，共同完成复杂的项目，同时了解项目管理和质量控制的重要性。实验结束后，学生需要提交一份详细的实验报告，内容包括实验目的、过程、结果和分析，以展示其学习成果和实践能力。

二、实验环境与工具

(1)实验环境采用现代化的计算机实验室，配备了必威体育精装版的计算机硬件和软件设施。实验室共有计算机50台，每台计算机均配置了高性能的处理器、大容量内存和高速硬盘，确保实验过程中数据处理的实时性和准确性。软件方面，实验室安装了Windows10操作系统，以及各种专业软件，包括但不限于编程语言开发环境（如VisualStudio、Eclipse等）、硬件仿真软件（如Multisim、Proteus等）、数据库管理系统（如MySQL、Oracle等）和版本控制工具（如Git、SVN等）。此外，实验室还配备了网络设备和投影仪，便于学生进行团队讨论和演示。

(2)实验工具包括各类计算机硬件设备，如微处理器、存储器、输入输出设备等。硬件设备的选择基于实验内容的需求，包括但不限于IntelCorei5处理器、DDR4内存条、SATA硬盘、USB接口设备等。此外，实验工具还包括各种测试仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，用于实时监测和测试电路性能。软件工具方面，除了上述提到的专业软件外，还包括编程语言编译器、集成开发环境（IDE）、调试工具等，以支持学生进行软件开发和调试。

(3)实验过程中，学生将使用到的实验指导书和教材涵盖了微机实验综合课程的所有知识点。教材内容丰富，既有理论讲解，也有实际案例，旨在帮助学生将理论知识与实际操作相结合。实验指导书详细介绍了实验步骤、注意事项和预期结果，为学生提供了清晰的实验指导。此外，实验室还配备了丰富的实验资源和参考书籍，如《计算机组成原理》、《微机接口技术》、《嵌入式系统设计》等，以供学生在实验过程中查阅和学习。实验室还定期举办讲座和研讨会，邀请相关领域的专家学者为学生讲解实验技巧和行业动态。

三、实验内容与步骤

(1)实验内容首先从基础的CPU指令集开始，学生需要编写并调试C语言程序，实现对简单指令的执行。例如，编写一个程序完成加法、减法、乘法和除法运算，并使用汇编语言对CPU的寄存器进行操作。在此过程中，学生需要掌握CPU的内部结构，了解指令的寻址方式，以及寄存器在程序中的作用。实验中，学生将处理的数据量预计为1000次，通过实际操作，学习如何优化程序性能。

(2)接下来，实验将进入内存管理部分，学生将设计并实现一个简单的内存管理器。实验要求学生能够实现内存分配、释放和回收功能，同时模拟多进程环境下内存的竞争和同步。在这个过程中，学生将使用数据结构，如链表和数组，来管理内存块。实验中，预计处理的内存分配请求将达到5000次，通过实验，学生将学会如何有效地管理内存资源，提高系统稳定性。

(3)最后，实验将涉及嵌入式系统设计，学生将设计一个基于微处理器的温度监控系统。系统要求能够实时采集环境温度，通过串口通信将数据发送到上位机。在此过程中，学生需要设计电路，编写嵌入式程序，并进行系统测试。实验中，预计采集的温度数据将超过10000个，通过实际案例，学生将学会如何将理论知识应用于实际项目中，解决实际问题。实验完成后，学生需要提交一个详细的系统设计报告，包括设计思路、电路图、程序代码和测试结果。