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单片机课程设计小结范文1
【关键词】高职高专院校 单片机 教学改革实践
前言
单片机教学改革与实践是为了更好的使学生将所学到的单片机理论知识转化为适应社会发展潮流和就业需要的实际能力的一种教学活动。如今，就业市场就是教学活动的指挥棒。就业市场欢迎的是“既懂理论，又懂实践，有一定的研发经验，并开发过一定项目或产品的实用型人才”。因此，我们的教学活动就要围绕加强学生实用能力的方向“转”，围绕着它“钻”。对于专门培养高等职业技术类人才的高职高专院校来讲，更需要重视实践教学，并将它落到实处。
1 改变传统的教学思路，培养学生学习单片机课程的兴趣
传统的教学思路是按教材编写的顺序，先后讲单片机硬件基础知识，指令系统和汇编语言程序的编制，讲接口技术及应用实例。学生往往只能在课程结束前学到单片机的实际运用系统。由于学生学习目标不明确，感到学习内容枯燥乏味，所以兴趣不大。为提高学生的学习兴趣，在课程学习的开始，给学生展示单片机的应用的具体产品，如电子钟、电子密码锁等，使他们体会到单片机技术的实用性，从而激发他们学习的兴趣和求知欲。在讲解单片机接口时，以单片机接口应用系统为主线，进行启发式教学。根据知识的内在联系，先简单后复杂，将各知识点的学习划分到各个应用模块或实例中，采取提出问题、解决问题的启发式的教学，达到事半功倍的效果。比如，可利用电子密码锁这一简单实例来提出数据如何由键盘输入，又如何进行显示的问题，然后再讲解键盘接口和LED显示的知识。这样在教师的引导下，学生就能有针对性地学习，主动探索知识，从而提高了学生的学习兴趣，培养了学生的创新思维能力。
2 教学改革的几点建议
2.1单片机课程教学理念的转变
培养应用型人才的高职学院，生源质量与本科院校有一定的差距，采用传统的方式对单片机课程进行教学，不根据课程特点与学生特点。只注重老师讲，学生做，在教学实践中是行不通的。在教学过程教师应和学生建立良好的互信关系，这样才能使学生逐步形成学习兴趣，配合教师，继而主动学习。首先，确立以学生为中心的实践教学理念，突出“能力为本”的思想，打破“学科为本”的模式。教师作为主体，体现教学的主导性；学生作为主体，体现学习过程中的主动性。大量的时间留给学生去自主探索，去相互协作学习，教师的作用是告诉学生学什么，怎么学，并帮助学生解决通过努力解决不了的问题。其次，确立以实践为重点的理念。改变传统教育理念，评价学生不再单一地看考试成绩，更主要的是要看学生运用知识解决问题的能力。
2.2单片机实验课中，引入案例教学
在单片机实验课教学中，运用案例教学，可以大大缩短理论与实践的差距，提高学生解决实际问题的能力。很多学生都会有这样的感觉，在上理论课时学到很多关于单片机课程的理论和知识，在单片机实践时不知道如何使用，从何入手。究其原因，就是没有理论与实际相结合的问题，而运用案例进行单片机的实验课教学，让学生有机会接触与实际应用相近的案例，能有效地缩短学生学习时间。比如，在教学过程中，以一个完整的项目开发为案例，做个红绿灯控制系统，一方面其趣味性增强了，另一方面又容易被学生接受，学生可以根据所学到的东西，进行分析、反思、体验和感悟。当与其共鸣时，就会很自然的模仿，进而做到举一反三的效果。
2.3单片机课程教学中学科梯队和师资的知识储备
高职高专院校主要培养技术应用型人才，在专业理论课程的教学中遵循“适度、够用”的原则，但教师不能因此而放松对理论知识的学习和探究，教师如果没有较高的理论修养，在教学中就很难深入浅出，就无法领会到新工艺中的技术性要求，最终导致高级技术应用型人才培养的目标难以实现。高职高专院校由于在培养目标、学生素质等方面的特殊性，教学活动有别于中专学校，也有别于学术型和研究型的高等院校，对教师的教学能力提出挑战。要有完备的师资队伍，就可以对学生开展梯队教育，起到事半功倍的效果。高职高专院校应加大对实验教学的改革，从软件、硬件环境、实验内容入手，多引进些趣味性强，能与以后走上工作岗位相关的研发性实验，并完善实验教材、教程的编写。
2.4单片机实验课教学模式转变
单片机实验课教学作为单片机技术学习的一个重要环节，学生对其学习、掌握的好坏程度直接影响到学生的学习兴趣和最终的学习效果。在传统的教学中，对于实践性环节的教学，通常是老师先布置实验任务，学生课后准备，到上实验课时，在实验老师的指导下完成。理论教学与实践教学的脱节，学生不能按要求做好上实验课的课前准备工作，实验通常是在实验老师给出源程序，给出硬件连线图的情况下完成的，其效果可想而知。针对这种情况，教师应该引导学生化被动学习为主动学习。
传统实践教学中，老师在黑板上讲，学生在下面听。针对这种情况，单片机教学可以采用CAI课件形式，图文并茂，让学生在按照CAI课件一步一步进行实践操作。
3 加强实践环节教学，培养学生工程素质和实践能力
单片机是一门实践性很强的课程，只有理论联系实际，加强实验教学和课程设计这两个实践环节，才可能真正地掌握单片机技术。为了提高学生的设计能力和创新能力，引入课程设计环节。课程设计可集中3-4个星期的集中时间进行。给学生提供难度适合的课题，学生可根据自己的能力和爱好选取，在教师的指导下，完成从收集资料、立项、方案论证到软硬件设计与调试、PCB设计、结构设计、安装调试等开发设计的全过程。通过课程设计的实战演练，学生学会了综合运用所学知识进行单片机应用系统开发的方法，既充分锻炼了学生的实践能力又培养了学生的工程素质和创新意识。
4 小结
单片机技术实践教学是灵活多样的，教学方法也是非常之多。本文讲了几点个人在教学中的心得与观点，笔者认为只要不断改进教学方法、丰富教学手段，加强实践能力的培养，注重理论联系实际，就能激发学生的学习兴趣，取得较好的教学效果。但是如何将教学改革进行得更加深入系统，为社会培养出大批具有工程素质和创新能力的单片机应用型人才，还需要我们教师共同努力，不断探索。
参考文献
[1]张敏，张倩苇.案例教学在教师教育技术培训中的应用[J].中国远程教育，2003，(21).
[2]郑晓梅，施兰芳.高职院校“校本师资培训”三题[J].继续教育，2003，(6).
[3]张玉均.基于Proteus的单片机实践教学研究与探讨[J].太原城市职业技术学院学报，2007，（76）：117-118.
单片机课程设计小结范文2
【关键词】教学手段 项目教学法 定时计数器
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）04-0063-02
一 引言
项目教学法是行为引导型教学方法中的一种，是师生通过共同实施一个完整的项目工作进行的教学活动。学生通过完成的项目，不但可以学习知识，提高工作中与其他同学协调、合作的能力，还可以充分发掘他们的创造潜能，并促使学生在动手能力和推销自己等方面不断提高。在单片机中，定时计数器是较复杂的一章，既涉及新知识，又要求学生熟练应用前几章的知识，是较综合的一章。如何设计教学方法，激发学生学习定时计数器的兴趣，真正理解和掌握定时计数器，是目前担任单片机教学的教师急需探讨的问题之一。
二 定时计数器的传统教学
在传统教学模式中，是按照定时计数器的结构授课，偏重于理论，且理论与实践不能及时结合，即学生在学完理论知识之后，通过实验或课程设计达到实践的目的，但理论学习与实践练习之间的时间差导致学生的理论不能及时用于实践，所学的知识没有及时巩固，而且由于理论和实验分别由不同老师担任，导致了学生在实验过程中不能完全用所学理论知识来指导实践。在授课方式上，以教师讲授为主，学生被动地听课，难以激发学生的学习兴趣。定时计数器结构抽象、控制字复杂、枯燥无味、程序编写困难等，使学生学习望而生畏，严重挫伤了学生的学习兴趣和热情，致使大部分学生觉得定时计数器课程比较难、听不懂。
为了解决这些问题，我们在教学方法上进行了改革，打破传统的教学模式，引入了项目教学法，目的是激发学生的学习定时计数器兴趣，以达到良好的教学效果。
三 项目教学法在定时计数器中的应用
兴趣是学生学习最好的老师，教师的主要任务不只是单纯地传授知识，更重要的是激发学生的学习兴趣，使他们有一种强烈的求知欲和热情，引导他们自觉地投入到学习中去。
在项目教学过程中，遵循学生的认知规律，按照由易到难、由浅入深的原则。定时计数器有四种工作方式，其中方式1较简单，学生易理解，在项目教学中，将方式1的应用实例放在首位。
项目一：系统时钟振荡频率为12MHz，用定时/计数器T0，工作在方式1，定时50ms，使P1.0输出周期为0.1s的方波。工作方式控制寄存器TMOD：
t=（65536-x）*12/12M，因为t=50ms，所以，x=15536=3CB0H，其程序编写如下：
MOV TMOD，#01H；选择T0，方式1
MOV TH0，#3CH；设定初始值
MOV TL0，#0B0H
SETB TR0
CLR P1.0；P1.0输出低电平
LOOP：JNB TF0，LOOP
CLR TF0；满标志清零
MOV TH0，#3CH；重装初始值
MOV TL0，#0B0H
CPL P1.0；50ms到取反
JMP LOOP
END
项目二：系统时钟振荡频率为12MHz，用定时/计数器T0，工作在方式0，定时5ms，使P1.0输出周期为0.1s的方波。
注意：定时/计数器工作在方式0，初始值转换成13位二进制数，其高8位存放在TH0中，高5位存放在TL0中。由于方式0最大定时时间为8.192ms，所以定时10个5ms后，将P1.0取反。
初始值x=8192-5000=3192=0C78H
=0000110001111000B
在x值保持不变的情况下，取13为二进制数即x=0110001111000B，先去其高8位存入TH0，低5位存入TL0中，所以，TH0=01100011 B=63H，TL0=11000B=18H。
其程序编写如下：
MOV TMOD，#00H；选择T0，方式0，
MOV TH0， #63H；设定初始值
MOV TL0， #18H
SETB TR0
CLR P1.0；P1.0输出低电平
STR：MOV R2，#10；定时10个5ms
LOOP：JNB TF0，LOOP
CLR TF0；满标志清零
MOV TH0，#63H；重装初始值
MOV TL0，#18H
DJNZ R2，LOOP
CPL P1.0；50ms到取反
JMP STR
END
四 小结
采用项目教学法，能够更好地培养学生的自学能力、动手能力和应用能力。改进后的教学方法，定时计数器的内容由浅入深，理论与实践相结合，提高了学生的学习兴趣和学习主动性，能够更好地掌握单片机知识，并且理论知识和应用能力都得到了不同程度的提高。
参考文献
[1]卢易枫、杨永霞.职业院校单片机教学心得[J].工业控制计算机，2010（6）
单片机课程设计小结范文3
（1）设计题目、内容不规范，要求不统一。
由于每届或每班的指导教师不同，设计题目、内容、要求、难易程度偏离太大。如有数控机床改造设计、伺服系统控制设计、交通灯控制设计等，要求、工作量也不相同。有的设计任务偏难，有的设计任务又太简单。
（2）设计资料缺乏。
由于机电一体化是一门新兴的技术和专业，这方面的知识内容都在相关的杂志刊物登载，书籍相对少一些。要进行课程设计，收集这方面的资料较困难。没有现成的资料汇编及设计手册，学生要花费较多的时间找资料，往往是教师帮助寻找资料。而且没有像机械零件设计那样的系统完整的课程设计指导书。在设计中盲目性较大。
（3）师资不足。
最早几年机电专业方向只有一个班或两个班，指导教师有2~4人即可。一般由主讲或熟悉机电一体化控制系统课程的教师指导。近几年随着学生的扩招，机电专业扩展到4~5个班，指导教师需要8~10人，明显不够，因此有必要进行培养。
2机电一体化课程设计改进措施
（1）编写合适的机电一体化课程设计指导书，配齐设计资料。
到目前为止未见过公开出版的机电一体化课程设计指导书，所以有必要编写合适的机电一体化课程设计指导书，并收集较全的资料进行汇编，与指导书汇编成册。
（2）规范设计题目，统一要求。
规范设计题目不是整个设计都用同一个题目，而是在一个范围内选择题目，教师根据所选的题目按统一的要求下达任务书。设计题目一般以简易数控机床设计、数控机床改造设计、机器人及控制设计较为合适。在市场上可见的机电产品多得很，不是所有的机电产品都适合做题目，因其难易程度是不同的。机电专业的课程设置是以机床设计、机器人设计控制为典型产品的，在机电一体化课程设计中要反映课程设置的内容。机电专业方向课程有机电一体化系统设计、计算机控制技术、机械制造装备设计、机器人导论等课程。这些课程的内容在电的方面主要介绍了以计算机为核心的控制系统；机械方面介绍了机械运动、机械传动、机械结构及相关的标准部件，如滚动导轨、滚珠丝杠等。在选题及设计中要反映上述的内容。因此规范化的题目主要为数控车床（或铣床、钻床等）设计、车床（或铣床、钻床等）数控化改造设计、或是工业机器人及控制设计。这些都具有一定的机械部分内容，如数控机床进给轴传动部件，机器人的腰身、手臂运动部件及滚珠丝杠、导轨的应用等。电的方面包含数控系统电路设计，计算机控制系统设计及对机械部分的控制；从而实现了机电结合。对规范化的题目、要求及上述设计内容都已编入指导书中。
（3）指导教师的培养。
首先被培训的教师可以跟班听课，熟悉掌握相关的课程内容，然后在机电一体化课程设计进行中跟班辅导，以培养出合格的指导教师。
（4）加强督察。
当指导教师接到指导课程设计任务后，首先拿到机电一体化课程设计指导书，根据要求写出课程设计任务书；并由教研室主任或院教学指导委员会审查，合格才可向学生下达任务。指导中，教师要填写指导日志，随时记录指导中的难点、及出现的问题和解决方法，并进行小结，以便下一次指导时提高设计水平。
3机电一体化课程设计指导书主要内容
3.1设计题目确定及要求
3.2总体方案确定
（1）总体方案设计；
（2）绘制总体方案图。
3.3伺服系统机械传动部件设计
（1）切削力计算；
（2）滚动丝杠螺母副的计算与选型；
（3）伺服系统传动设计；
（4）步进电机当量扭矩计算及选型；
（5）机械传动结构设计（绘制一个轴的机械装配图）。
3.4控制系统硬件电路设计
（1）确定控制系统方案及绘制系统框图；
（2）单片机的选用；
（3）存储器的选用与扩展；
（4）译码电路设计；
（5）接口电路设计；
（6）绘制控制系统硬件电路原理图。
3.5基本的参考图表汇编。
4近一届学生机电一体化课程设计进行情况
4.1教师配备
近一届机电专业学生，每届有四个班进行机电一体化课程设计，共配备6名教师；其中有四名为独立指导教师，两名为辅导教师，为培养新的指导教师储备力量。
4.2指导书的使用及设计过程
设计学生和指导教师每人一份机电一体化课程设计指导书。教师按照要求写出机电一体化课程设计任务书，并经研究所长审查后发给学生。设计题目主要有CA6140普通车床数控化改造设计、C6132普通车床数控化改造设计。在同一个题目的学生中，要求设计进给轴部件时，一部分学生设计X轴进给部件，另一部分学生设计Z轴进给部件。整个过程根据设计任务书的题目、要求和机电一体化课程设计指导书给出的设计步骤、方法，先进行总体方案设计，再进行机械传动部件设计，最后进行CNC硬件电路设计。整个过程经过了机械、电子两方面的训练，实现了机电结合，达到预期效果。
4.3填写指导日志
教师在指导设计的过程中，及时填写指导日志，记录设计中的难点、问题，并进行小结。
5本文总结
单片机课程设计小结范文4
学校所开设的实验课分随课实验和独立实验课，而随课实验的实验教学多数是验证或巩固对课程内容的理解和基本技能的训练。这些教学环节之间联系不紧密，实验的方式方法也与实际应用有较大的距离。如用一些实验台或者实验箱所做的实验，很多元器件被固定在现成的电路和模块中，学生看不到器件和电路的内部结构，在实验的过程中，学生也只需将测量仪表或者相关的元器件用导线连到实验板所标注的符号上，就可以完成实验电路的连接。在整个学习阶段，本课程具有承上启下的作用，在本课程的实训中，学生必须应用专业基础课的电路理论知识进行电路设计，在安装调试和测试过程必须具有一定的实验能力，本门课程是理论和实际的综合运用。另一方面，学生由基本技能的培养转变到综合技能的培养，使学生具有一定的单元电路的设计能力，熟悉电路设计的流程，掌握从理论到实践，再从实践到理论的设计思想，为后续课程设计、毕业设计等课程的学习打下基础，提高学生实际应用能力、培养学生的创新思维，提高学生专业技能水平，提高学生的综合素质，提升学生社会竞争能力。
2《电子综合技能训练》教学模式
本课程为必修课，总课时36，周课时3，安排在大二下学期进行。这时候学生已完成《电路基础》、《模拟电子线路》、《脉冲与数字电路》等理论课程的学习，完成《电子基本技能训练Ⅰ》、《电子基本技能训练Ⅱ》、《电路识图》等实验课程的学习，初步掌握了电子元器件和电路图的识别，常规仪器仪表的使用，以及仿真软件的使用，为综合性、设计性训练打下了一定的基础。实验运行模式为学生两人一组，自主完成理论设计、元器件购买、电路的安装调试和测试任务，本教学环节分三个阶段。
2.1课堂教学阶段
在这个阶段，第一步，用2次课的时间对学生进行元器件识别和测试，仪器的使用进行训练，使学生进一步掌握电路常规指标，如：通频带、放大倍数、输入电阻、输出电阻、输出功率等的测量方法。通过这个阶段的实训，对学生的一些实践技能再进行强化训练，避免在实验当中，由于基本技能不过关影响综合技能项目的顺利进行。第二步，采用集中授课的方式，以放大电路为例，介绍设计性实验进行的步骤和要求，实验报告的格式和要求，成绩评定的方法和标准。并提供给学生自编的实验指导书。设计性实验，应该包括这几方面的内容：设计题目、设计任务和要求、电路设计、安装调试和测试、小结。其中设计任务和要求，要交代清楚电路要实现的功能和达到的具体指标；电路设计要有具体的设计方案，原理框图，具体电路的设计中要交代清楚元器件型号参数选择的依据，对于要编程的电路，要有程序流程图。在调试测试阶段，要记录下实验数据。
2.2设计准备阶段
实验内容的选择分四个大类：线性电路、非线性电路、数字电路、综合性电路。每个大类都必须选择，大类里的具体电路就有学生自己确定。学生自由组合，两人一组，按照自己确定的实验内容，查资料，完成原理款图、电路原理图的设计，填写元器件清单（名称、型号、规格、数量等），以班级为单位由学生代表去采购元器件。实验室提供配置有面包板的实验箱，以及稳压电源、信号源、示波器等仪器设备。
2.3实际操作阶段
学生的设计方案给指导老师检查无误后，利用面包板和实验设备完成电路的安装、连线和调试。实验过程严格考勤制度，学生进入实验室要进行登记，每个实验实现了功能和指标需经老师认定合格进行记录后，下次课才能进行下个一个实验内容。每次实验过程，学生要注意实验安全，遵守实验规程，实验完成后，学生要拆除实验所用的元器件，将仪器设备复原，保持实验室的整洁，回去书写实验报告。实验成绩的评定分五个等级：优、良、中、及格、不及格。实验内容完成8个以上的评为优，7个为良、6个为中，完成5个及格，完成5个以下的不及格。
3教学效果和体会
通过开设《电子综合技能训练》课程，激发了学生的创新意识和参与实践教学的积极性和主动性，增强了学科之间的系统性和综合性。通过这一环节的实训，进一步增强了学生的实验技能，加深了学生对课程理论知识的掌握，电路设计能力得到训练，并积累了一定的综合实验经验。实验内容层次多样化，内容丰富，知识覆盖面广。实验形式使学生处于主动地位，学生既动脑又动手，学生学习积极性高，在实验过程中，学生具有自主性，可根据自身能力的差异选择不同的实验内容，量体裁衣，增加学习的信心。综合训练的过程，不仅是理论联系实际的过程，也是对学生进行操作技能、实践能力的综合训练，同时还培养了学生查资料、团结协作的能力，培养求实的实验作风，培养创新意识、安全意识、工程意识，最终也是培养担负社会责任的意识。
4结束语
单片机课程设计小结范文5
关键词：SimpleScalar；CMPP；模拟器；实验机箱；验证；设计创新
中图分类号：G642 文献标识码：B
1引言
“计算机系统结构”课程是计算机科学与技术专业中重要的专业课程，是一门从组织和结构角度上学习、总体把握和领会计算机系统的课程。因为其理论性较强，知识结构较为复杂，它的实验课设置一直是一个空白。但是，作为一门针对本科高年级学生的计算机综合设计课程，没有相应实验课对学生理解能力的提高和创新能力的培养，所谓的综合设计课程也成了一句空谈，为此，我们使用WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器(安装在微机上)来仿真计算机，让学生在这个虚拟计算机上设置各种不同高端计算机系统结构技术，然后通过统计数据得到不同计算机系统结构技术对计算机性能的不同影响，最后给出统计结论。
但在实际教学过程中，我们发现，此种“PC机+模拟器”的实验方式形式过于单一，所有的实验都是先在模拟器中给出计算机系统结构技术参数设定，然后运行测试程序，最后根据程序运行结果给出实验结论。对学生而言，所做的工作只是系统结构参数的给定，然后面对一堆运行出来的枯燥数据给出实验结论。由于这些实验全是验证型实验，使得学生没有真正的实验体会，感觉也比较抽象，一个学期下来，整个实验课程没有收到它应有的效果，同时也没能激发出学生的创新性。
为了让学生更加有硬件实验体会，并发挥学生的创新性思维，我们在原有的“PC机+模拟器”模式下增加一个实验机箱，变成 “实验机箱+PC机+模拟器”模式，经过一个学期的实践，计算机系统结构实验课程有了突破性的进展，取得了较好的效果。
本文其他部分内容如下：第二节介绍原有的“PC机+模拟器”实验模式的具体细节及其弊端；第三节阐明“实验机箱+PC机+模拟器”新模式的由来；第四节说明新模式具体的实验项目改革；最后给出本实验课程教改的特色与创新之处，并作出结论。
2“PC机+模拟器”模式
“计算机系统结构”课程中的实验课程在以往的教学中一直是一个空白。为响应微软亚洲研究院的大力倡导，本课程初期引入由卡内基・梅隆大学提出的“Learning by doing”这一适用于工程教学的行之有效的先进教学理念，对“计算机系统结构”实验课程建设进行初步尝试。
由于这门课程的实验是从无到有的一个过程，因此，在建设初期，我们首先采用的是一个生搬照学的方法。为此，我们找到张晨曦教授在同济大学使用的“计算机系统结构”实验教学资料，然后根据本校学生具体情况对实验内容进行部分筛选，总结出“PC机+模拟器”模式，然后运用到实际教学中。
PC机是我们计算机系统结构实验课程开展的硬件平台，软件平台即我们的Windows操作系统以及安装在其上的各种模拟器，包括WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器。实验过程中，学生在这些模拟器中设置各种不同参数而获得不同虚拟处理器，然后通过测试程序检测不同系统结构技术对处理器性能的影响。
WinDLX是一个基于Windows的模拟器。它能够以图的方式演示DLX流水线是如何工作的。学生通过改变流水线的结构和时间要求、存储器大小和其他几个控制模拟的参数，获得不同流水线的性能。实验一的流水线相关实验，实验二的循环展开及指令调度实验都是使用此模拟器。
DLXview是一个图形化、交互式的DLX流水线模拟器。该模拟器能够实现对基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法的模拟。通过对内存访问延迟、功能部件的数目、功能部件的延迟的配置，实现不同流水线的模拟。实验三的记分牌和Tomasulo算法实验使用的是此模拟器。
而SimpleScalar模拟器是目前学术界最为流行的体系结构模拟器，是一个单处理器架构的性能模拟器工具集。其工具集包含了非常丰富的工具,可以配置成许多不同体系结构的模拟器。同时，其源代码公开，具有良好可移植性和可扩展性，是开发微处理器芯片前期进行系统结构验证的重要工具。也是使用软件手段模拟和研究CPU系统结构的主要手段。实验四的Cache性能分析中和实验五的虚拟Cache与伪相联Cache使用的是此模拟器。
以上所述实验都是使用模拟器进行计算机系统结构技术参数设定，然后运行测试程序，最后根据程序运行结果给出实验结论，其实验属性全部是验证型实验。对于学生而言，所做的工作仅仅只是系统结构技术参数的给定，和测试程序的运行，最后从一堆运行出来的数据中得到实验结论。
这种软件模拟的方式适合研究生程度以上的学生进行学术研究和理论验证，这也是这些学生对于新思想新理论进行学术论证的常用方法与手段，但是对于发展目标为应用型的本科学生而言，此种实验形式与方法都过于枯燥与单一，整个实验做下来，学生感觉比较抽象，收不到实际效果，更谈不上激发学生创新意识，实验做到最后便流于一种形式，一种走过场。
3新模式的引入
基于计算机系统结构实验课程建设初期所遇到的问题，我们决定重新规划系统结构实验内容。
计算机系统结构实验课程是一门综合实验课程，既然是综合课程，即说它是一个软硬件结合体。在“PC机+模拟器”模式实验中，模拟器的引入可以很好的体现其软的方面，而硬的方面我们则选用学生在前期课程计算机组成原理中使用的教学设备(TND-CM++唐都教学仪器实验箱)入手，以达到事半功倍的学习效果。
计算机组成原理课程是专业必修课程，其教学与实验方面已经形成一个完整而成熟的体系。这是一门在整个计算机科学与技术专业课程中份量很重的课程，也是一门非常重视实验课的课程，除开课程本身的70学时中包括20学时的实验课程，学生还有专门2周的课程设计工作需要完成。这些大量的前期学习与实验实践，为学生熟练掌握和使用实验设备以及对计算机是软硬件综合体的理解打下坚实基础。而计算机系统结构课程本身就是计算机组成原理的后续和提高课程，利用前期的基础作进一步的理论提高和实验提高成了顺理成章的事情。
因此，“实验机箱+PC机+模拟器”模式引入到计算机系统结构实验教学中。在以前的教学中，“实验机箱+PC机”和“模拟器+PC机器”模式是分开使用的，因此PC机分别与两者的结合不是问题，但是当这三者(实验机箱、PC机和模拟器三者)结合在一起时，则需要对它们进行重新分工组合，以达到理想的实验效果，这将在文章的第4节的具体实验项目中详细叙述。
4“实验机箱+PC机+模拟器”模式
4.1“实验机箱+PC机+模拟器”模式简介
“实验机箱+PC机+模拟器”模式是“PC机+模拟器”和“实验机箱+PC机”两者的结合，但这种结合不是简单机械的结合，而是一种有机的结合。在以前的教学中，“PC机+模拟器”方式用于计算机系统结构初期实验课程，“实验机箱+PC机”方式用于计算机组成原理实验课程。但是，由于前一节“PC机+模拟器”方式所提到的弊端，即数据的枯燥性和理解的抽象性问题，我们把具有硬件动手优势的“实验机箱+PC机”方式中的计算机实验机箱引入到此课程实验中。
实验条件准备如下：首先在PC机器中安装Windows操作系统，然后在此操作系统中安装WinDLX、DLXView、SimpleScalar模拟器，同时安装CMPP模拟器(实验设备厂家随实验设备匹配提供)。然后通过RS-232串口与PC微机联机，这样，利用PC机上具有的这些模拟器我们可以在PC 机上编程、向实验机箱系统装载实验程序、然后在图形界面下进行动态调试及运行。另外，系统具有的两路逻辑信号测量平台，使得可在PC机上看到信号测量波形。
我们实验的中心思想是：以计算机硬件为基础，通过软件配置扩充功能，形成一个可能是相当复杂的有机组合的计算机系统。最后通过模拟器中测试数据的统计获得此系统性能的结论数据。
其中的硬件是指我们通过实验机箱把计算机系统中的基础模块通过总线(数据总线、地址总线和控制总线)连接好；而配置软件是指通过CMPP、SimpleScalar模拟软件来进行一些高级配置的扩充，从而形成我们需要的系统结构；最后，通过(WinDLX、DLXView、SimpleScalar)模拟器跑动测试程序以获得此系统结构的性能参数及结论数据。
4.2模式的可行性论证
“实验机箱+PC机+模拟器”模式的可行性论证主要讨论如下问题(其中系统指实验系统，即实验设备)：
(1)PC机与系统的关联：
实验系统安装有一个标准的DB型9针RS-232C 串口插座，使用配套的串行通讯电缆分别插在实验系统及PC 微机的串口，即可实现系统与PC 的联机操作。系统通讯电缆连接方式如图1：
(2)CMPP与系统的关联
系统配套的集成操作软件CMPP具有专为联机操而开发的图形方式操作界面，其操作简便、直观且具有动态调试功能，可完全根据实验系统的数据通路图来实时、动态的显示用户设计的实验数据流的流向、数据值、控制线和各单元的内容。CMPP软件界面如图2：
本系统软件CMPP通过PC 机串行口向实验系统上的单片机控制单元发送指令，由实验系统的单片机直接对程序存储器、微程序控制器进行读写，控制单拍或单步微程序、单步机器指令和程序连续运行等操作，实时监测各数据流和控制流的情况，从而实现实时动态图形方式下的系统跟踪调式和运行。
(3)SimpleScalar模拟器与系统的关联
SimpleScalar工具集是一个用于构建各种模拟程序的系统软件框架，可用于构建各种体系结构模拟器．它提供了一套参考模拟器，包括快速的功能模拟器，用于分支预测评估的模拟器，用于Cache层次评估的模拟器以及一个详细的、动态调度的、多级存储层次的微体系结构模拟器．SimpleScalar还包含一个机器定义框架，允许绝大部分体系结构细节和模拟器的具体实现分离．除了模拟器，SimpleScalar工具集还提供统计分析、调试、验证和可视化支持．SimpleScalar工具集被广泛用于计算机体系结构的研究和教学．例如在2000年，顶级体系结构会议上超过三分之一的文章是使用SimpleScalar来评价设计。
由于Simplescalar的使用广泛性和完整性，我们把它引入我们的实验课程中，但由于这个模拟器与我们的实验系统是各自独立的个体，因此当把这两者融合在一起时就存在一个有机组合问题。Simplescalar模拟器是一个原代码公开的软件，具有良好的可移植性和可扩展性，因此我们希望通过代码的更改，获得SimpleScalar模拟器与实验设备的有机整合。虽然这部分工作我们已经展开，但是工作做得还很不够，这也是我们下一步要继续进行的重点工作之一。
4.3存在的问题
(1) 实验延续性的问题
通常，计算机组成原理课程会开在第五学期，计算机系统结构课程开在第七学期，因此，这两门课程之间有一个学期的间隔，由于这两门实验课程的顺延性较强，因此在计算机系统结构实验课程的设计中，初始实验应先重复计算机组成原理实验课程中综合性强，并在后续系统结构实验课程中需要应用到的实验内容。
(2) 课时偏少而实验内容偏多的问题
计算机系统结构实验课时偏少，一般是8个课时(4个学时)。但是由于其实验内容综合性强，复杂度大，因此很难在一个学时(2个课时)完成一个实验。这就要求老师和学生在实验课之前要做较多的工作，包括老师在实验课之前详细的讲解，学生在课前完成实验预习工作，这样，才能充分利用一个学时的时间完成一次的实验。
(3)SimpleScalar与实验系统的整合问题
前面说过，我们利用SimpleScalar模拟器的开放性代码把SimpleScalar模拟器和实验系统整合在一起，这个工作还需要继续完善。这个工作也是整个计算机系统结构实验课程改革的一个重要的步骤。它是一个需要长期验证、修改和调试以及完善的工作，不是短时间就能完成的工作。
4.4实验项目的设计
(1)CISC(复杂指令集计算机)实验
此实验要求先按照实验连接图把计算机的主要模块通过总线连接起来(这个操作在实验机箱内进行)，然后为这个模型计算机设计包括16条机器指令(包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令)的指令集，编写相应的微程序，通过PC机中CMPP模拟器装载和调试程序，以使同学们通过这个过程掌握整机概念，并能综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
此实验是在前计算机组成原理实验课程中掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统。同时也是对以前所学知识的温习。
(2)RISC(精简指令集计算机)实验
RISC是针对CISC结构存在的问题所提出的思想。它选取使用频率最高，以及很有用但不复杂的指令，这些指令大部分能在一个时钟周期内完成，并且只有Load和store两条指令访存等思想设计的计算机，在此实验中，我们选取使用频度比较高的五条基本指令：MOV、ADD、STORE、LOAD、JMP。然后寻址方式采用寄存器寻址及直接寻址两种方式来设计这个RISC计算机(依照前一实验方法，也是由CMPP模拟器进行调试)。
然后，我们通过在SimpleScalar模拟器中设置参数来比较RISC计算机和CISC计算机，这是通过跑同一测试程序来完成的。结论是：RISC机器执行的速度和效率大大提高。如对于此实验中设计的机器指令在RISC处理器中执行完需9个机器周期，而在复杂模型机实验中，需34个机器周期才能完成。
这样的实验程序的设计，可以让同学们深刻体会到两种不同处理器的运行效率，同时让同学们体会到实验直观性。
(3) 重叠实验
此实验是在RISC模型机实验的基础上，进一步将其构成一台具有重叠功能的模型机。
一条指令的执行包括“取指”和“分析执行”两个阶段，而重叠技术是指把前条指令的“分析和执行”与后条指令的“取指”重叠在一起执行。
在此实验中，计算机“执行部件”数据通路的控制由微程序控制器来完成，而“指令预取”部件的数据通路由一片CPLD 来模拟。以原基本模型机的五条机器指令为例，编写相应的微程序，然后具体上机调试掌握重叠概念。
然后，在SimpleScalar模拟器中设置参数比较RISC计算机和重叠计算机。结论是：重叠计算机执行的速度和效率明显提高。如前所述的同段机器指令在重叠处理器中执行完需要20个机器周期，而在RISC模型机的实验中，需要27个机器周期。
(4) 流水实验
流水可以看作是重叠的引申，一次重叠是一种简单的指令流水线。在流水计算机中，一条指令的执行包括“取指令”、“指令译码”、“取操作数”、“执行”四个子过程(前三阶段由指令分析部件完成，而第四阶段由指令执行部件完成)，而每个子过程可以与其他子过程同时进行，这叫并行性中的并发性。
这种并行性大大提高了计算机的处理效率。本实验除“指令执行部件”为板上的“ALU UNIT”和“REG UNIT”电路构成外，其余全部由CM＋＋板上的一片CPLD 芯片设计，输入设备、输出设备、RAM 及时序仍由板上输入单元、输出显示单元、存储器单元及时序单元电路给出。
实验过程类似于前述实验。
5实验特色与创新
新设计的“实验机箱+PC机+模拟器”实验模式有如下功能特点。
(1) 结构清晰的单元式实验电路，可构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机。系统采用部件单元式结构，包括运算器及数据通路、存储器、控制器、信号及时序控制、内总线、外总线、接口及输入输出设备、大规模可编程逻辑器件等计算机部件的单元电路，可使用排线连接方式(实验机箱)或计算机电子自动逻辑设计方式(SimpleScalar等模拟器)，根据自己所设计的模型计算机结构方案，来构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机，使学生能够对计算机组成结构有清楚的认识和理解。
(2) 对实验设计具有完全的开放性，增强学生综合设计能力。系统所具有的软硬件结构(实验机箱和模拟器)对实验设计具有完全的开放性，其数据线、地址线、控制线都由学生来操作连接，系统中的运算器结构、控制器结构及微程序指令的格式及定义均可根据教学需要来做灵活改变或重新设计。这对于自行设计各种结构及不同复杂程度的模型计算机提供了强大的软硬件操作平台，从而避免了单纯验证性的实验模式，极大提高了学生计算机系统的综合设计能力。
(3) 通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件相结合，可面向不同层次的学生。系统采用通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件并用的方式，既能给熟练掌握复杂逻辑系统设计的学生提供高档的实验平台，又能对不熟悉这些内容的学生提供易操作的实验平台。符合循序渐进、先基础后提高的教学原则。
(4) 具有实时调试功能的图形方式操作界面，也可用于多媒体辅助教学。系统具有与PC微机联机实时调试的功能，提供了图形方式的调试界面(CMPP模拟器)，在调试过程中可动态实时显示模型计算机各部件之间的数据传送以及各部件和总线上的所有信息。这种图形调试界面也可用于多媒体辅助教学，从而获得极佳的教学效果。
(5) 多种输入输出方式及逻辑信号测量功能，实验操作及观察更容易。系统提供多种输入输出方式。通过RS-232 串口与PC 微机联机，可在PC 机上进行编程并向系统装载实验程序，在图形界面下进行动态调试及运行。另外还具有两路逻辑信号测量平台，可在PC 机上看到信号测量波形；如单独使用本系统，则可通过开关及LED以二进制码形式进行编程、显示及调试运行。
(6) 实验电路的实时在线检测功能，便于检查接线错误。系统具有实验电路检测功能，通过人机交互方式可实时在线检测各实验单元电路的好坏以及模型机实验线路连接是否正确。
(7) 测试功能的完备性。SimpleScalar工具集所自带的SimpleScalar Spec2000测试程序使得学生可以及时对自己设计出来的计算机系统结构方案进行测试，然后根据测试结果对所设计计算机结构进行及时调整，以提高学生的实验直观性。
6小结
实践证明，此模式把计算机系统结构实验设计成一门软硬件结合的综合实验课程，并真正实现从呆板的“验证为主”到创新的“设计为主”的飞跃。试用一年以来获得较好效果。
参考文献：
[1] 张福新,章隆兵. 基于SimpleScalar的龙芯CPU模拟器Sim-Godson[J]. 计算机学报,2007,30(1).
