Proteus和TEC-4在計算機組成原理實驗教學改革中的應用研究

王景珊 李淑蘭

(景德鎮(zhèn)學院 江西景德鎮(zhèn) 333000)

計算機組成原理是計算機專業(yè)一門與計算機硬件相關(guān)的核心課程，同時也是很重要的考研必考課程之一。課程主要講述計算機系統(tǒng)的組成、計算機系統(tǒng)的工作原理和計算機系統(tǒng)的應用方法等知識。因此，實驗教學十分重要。然而，傳統(tǒng)實驗箱的實驗教學僅能完成驗證性實驗。學生不能很好地理解實際機器的工作原理，也就不能體現(xiàn)學生在教學過程中的主體地位。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，一些仿真實驗軟件開始出現(xiàn)，如TEC-4、Proteus。它們能更好地幫助師生解決實驗教學的困難。[1]

一、對Proteus軟件的介紹和應用

Proteus軟件的出版公司是來自英國。它是一個EDA工具軟件。Proteus既能做到仿真，也能對單片機和外圍器件進行仿真。可以說，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)試到單片機與外圍電路合并仿真，并可以快速切換至PCB設(shè)計，還是對于虛擬模型的仿真，Proteus在目前來說是一個可以把仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型三合一的設(shè)計平臺。它是真正做到了從概念到產(chǎn)品都是一個完整的設(shè)計。[2]

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

二、Proteus和TEC-4在計算機組成原理實驗教學中的優(yōu)點

1.仿真實驗軟件Proteus和TEC-4對學生基礎(chǔ)知識的要求不高。軟件是對計算機組成原理的仿真設(shè)計。只要學生有數(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，就可以根據(jù)要求做出原理圖，對其進行仿真，而且只需要有足夠臺數(shù)的計算機，便能夠開展實驗教學。這樣，學校在實驗室硬件方面的投入就減少了很多。學生也能夠借助計算機平臺，不限時間不限地點進行使用。這樣便提高了學習效率。

2.Proteus組成的實驗室可以只提供極少的儀器儀表，甚至可以不提供，為什么呢？因為Proteus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驗室中需要的儀器儀表的數(shù)量。實驗室中儀器儀表的數(shù)量、規(guī)格、質(zhì)量這三個方面是決定一個實驗室是否合格的關(guān)鍵因素。Proteus的這個優(yōu)點讓實驗室的日常運行成本降低了不小。不僅如此，Proteus甚至讓元器件的損耗降低為零。這便節(jié)約了很大的實驗成本，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生需要自己做實驗時因為需要不少設(shè)備而導致實驗難進行的問題，而且可以在構(gòu)建硬件前，先應用Proteus仿真軟件在模擬環(huán)境中通過。這樣更改過后，在實驗設(shè)計中既可以做到不費時不費力，還減少了由于設(shè)計方案的缺點而造成的在硬件方面沒必要的浪費。

4.TEC-4是一個8位計算機模型實驗系統(tǒng)，用于計算機組成原理課程、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的教學實驗。TEC-4運算器數(shù)據(jù)通路、控制器和控制臺每部分的劃分都很明了，模型不復雜、易操作，實用性強，還能夠?qū)崿F(xiàn)對流水的控制，因為計算機模型用的是數(shù)據(jù)總線和指令總線雙總線的體制。在實驗教學中，學生可以用實驗臺上的系統(tǒng)編程芯片ispLSI1032來解決硬布線控制器的問題。同時，它可以阻止電源對地短路，因為電源部分用的是模塊電源。這個電源的重量是很輕的。

三、Proteus在實驗教學中的應用研究

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

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我們以前會因為使用不當或者放置時間過長而導致芯片壞掉，從而影響學生看到運行的結(jié)果。然而，我們使用Proteus，只需要連線，加上正確的操作，就能得到仿真的運行結(jié)果了。這樣不僅可以略掉反復檢查環(huán)節(jié)，節(jié)省時間，還能讓學生在學習過程中獲得成就感。

2、Proteus非常適合實驗教學，讓學生能夠輕松地學會Proteus計算機系統(tǒng)的應用并能做到對計算機系統(tǒng)功能的仿真。Proteus可以使用一般的硬件，也不會影響使用。因此，學生在沒有實物芯片或接插件等一些設(shè)備的時候仍然可以不受影響地學習和設(shè)計計算機系統(tǒng)。

四、結(jié)束語

本課程實驗教學改革是在計算機組成原理的課程中設(shè)計出一些虛擬實驗來，把Proteus和TEC-4應用到教學里。這有很大的好處。它們的虛擬實驗成本少，仿真能力強，實驗容易操作，難度也很符合學生的實際水平。學生可以不受時間限制進行自學，即為實驗教學節(jié)省了大量成本，也提高了學生的設(shè)計技能，使其能深刻理解實際機器的工作原理。因此，這是一項值得推廣的教學改革。