MAX+PlusⅡ平台下计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案研究

刘彩梅

（丽江师范高等专科学校，云南 丽江 674199）

MAX+PlusⅡ平台下计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案研究

刘彩梅

（丽江师范高等专科学校，云南 丽江 674199）

计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学改革势在必行。本文对如何在MAX+PlusⅡ平台下优化计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案展开研究，期望产生一定的积极效用。

MAX+PlusⅡ平台；计算机系统；课程设计；虚拟实践

1 引言

在新一轮教育改革浪潮的冲击下，高校计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学改革提上日程，逐渐引起社会各界的关注和认可。在实践教学过程中，应侧重锻炼学生的思考能力、操作能力以及创新能力，在优质的虚拟实践教学方案的指导下，节省实验资源，全面调动学生的学习兴趣和主观能动性，从而全面提升教学质量，培育出适应社会发展的高素质复合型、创新型人才。在此基础上，本文研究MAX+PlusⅡ平台下计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案，旨在为高校计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学改革提供一定的参考与指导。

2 分析计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学现状

计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学是一项复杂的教学任务，实践教学能够加深学生对计算机组成、计算机工作原理、整机概念等的认知与掌握。在学习过程中，需要学生利用中大规模集成电路深入剖析计算机系统的组成、设计、测试与验证。目前，中大规模集成电路器件的设计与验证往往建立在MAX+PlusⅡ平台基础上，由于实验经费有限，且计算机系统硬件数量具有一定的限制性条件，在实验的过程中，学生一般只能进行验证性的实验，因此，学生的实践学习兴趣往往受到打击，甚至部分学生的实践学习兴趣丧失，而且学生往往采取抄写实验报告来汇报实验结果，难以提升实践教学质量，不利于学生身心健康发展。

另外，高校所提供的计算机系统硬件课程设计的虚拟实践内容存在严重的同质化现象，在内容设计上大同小异，一般都包含有：控制器试验、运算器实验、存贮系统实验等，这些实验均为单项实验，难以综合提升学生的思考能力、操作能力以及创新能力。而研究型大学在实践教学中，则要求学生分组完成实验，且一般为两个综合性的实验项目，如：计算机系统的整机设计。目前，高校计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学课程设置主要包括以下五大类：

2.1 汇编

该实验主要是通过编写相应的汇编语言程序来实现，在一定程度上，能够加深学生对系统组成的理解和掌握，但是由于该实验简单易行，无法帮助学生了解和掌握到详细的硬件设计。

2.2 仿真系统

仿真系统实验也是一种硬件实验，国外许多大学采用仿真系统实验教学模式，如：winDLX，主要使用DLX仿真器实现对程序的进行性分析，并且分析、总结相关数据、相关控制、相关结构、相关专用通路等。

2.3 高级语言

该实践教学模式要求学生利用C/C++、JAVA、Power-Builder、DELPHI、Vb、VC等编程语言自主地编写类似于winDLX的仿真环境。

2.4 EDA平台

该实践教学模式主要利用EDA平台，通过计算机系硬件编程语言进行程序编写——VHDL，并且在编译后，将其下载到可编程芯片上（SoC），这种实验主要利用软件的方式进行硬件设计，而且具有修改方便的特性，但是，学生在掌握VHDL语言上需要较长的研究时间，另外，该实验对硬件配置要求比较高，需要利用相应的EDA工具。

2.5 计算机系统

针对计算机系统实验，在国外比较常见，而国内研究比较少，以清华大学为例，清华大学目前设计研制了开放式教学CPU设计测试系统，学生不仅仅能够学习到CPU设计、验证以及相应的测试方法，而且能够加深对计算机原理、组成以及系统结构的认知和掌握，与此同时，学校要求学生学习相关的EDA工具软件使用方法，带动了我国高校计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学水平的提高。

3 MAX+PlusⅡ平台下计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案的优化

MAX+PlusⅡ平台下计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案的优化包括两大点，即：虚拟实践平台的科学选择和实践方案的优化与升级。下面详细的对这两点展开阐述：

3.1 虚拟实践平台的科学选择

据相关调查（国内外各种文献资料、相关报道等），我们发现：计算机系统硬件课程设计可以利用复杂的可编程逻辑设计器件实现自动化实验平台的设计，并且可以用来模拟真实的硬件平台，以便为虚拟化计算机系统硬件实验提供基础。举个例子，如Altera公司利用MAX+PlusⅡ平台全面实现了虚拟化计算机硬件实验的集成化，并且为其实验创造了易学易用的可编程逻辑设计环境，在现实生活中，我们发现MAX+PlusⅡ平台往往应用于中大规模的FPGA/CPLD以及新器件的设计。另外，MAX+PlusⅡ平台具有硬件描述语言、时序图、电路原理图等多种多样的输入功能，而且可以利用MAX+PlusⅡ平台提供标准门电路以及芯片等逻辑性器件，高效地完成数字电路的一系列过程（包括设计、输入、编辑、编译、仿真、封装、下载）。除此之外，MAX+PlusⅡ平台可以有效地保证所设计的数字电路系统安全可靠、具备高度的灵敏性，且可以充分利用MAX+PlusⅡ平台强大的图形界面以及完整的文档功能，帮助学生快速轻松了解和掌握EDA平台，然后根据逻辑电路以及相应的计算机硬件系统完成一系列的设计。

近年来，MAX+PlusⅡ平台发展迅速，已经成为高校计算机系统硬件设计的主要应用平台，且由于MAX+PlusⅡ平台具有强大的灵活性以及可保存性，能够有效地打破传统设计教学对不同实验的束缚，方便学生进行科学的实验验证。另外，在教学过程中，教师要根据课时安排，以及学生的内在发展需求，及时调整教学方案，并且学生可以根据自己的时间安排，进行自主实验，将学生的潜在能力充分地挖掘出来，并且在学生实验的过程中，教师尊重学生的意愿，加以指导与辅助。

据相关调研发现，高校逐渐对MAX+PlusⅡ平台下计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案的优化工作重视起来，将原有的分散性教学内容组织起来，形成完整的实践教学模式，而且通过全面的计算机系统硬件设计，帮助学生树立计算机工程观念，并且帮助学生掌握EDA软件工具与相关技术的操作方法，形成一个完善的MAX+PlusⅡ平台下计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学体系，全面提升高校教学质量，提升学生的思考能力、操作能力以及创新能力，提升学生的综合技能和综合素质，促进学生身心健康发展。

3.2 实践方案的优化与升级

在实践教学方案的优化与升级中，往往需要优化课程安排、优化教学内容、丰富教学手段等。在优化课程安排上，适当减少理论课，增加计算机系统硬件设计课程，增加实践教学课程的时间，并且鼓励支持学生利用课余时间，进行自主实验学习，学校随时对自主实践学生开放实验室，保证学生能够在合理的时间内，完成实践锻炼；在优化教学内容上，要涵盖计算机系统硬件设计的基础概念、CPU设计、存储系统、指令系统、流水线技术、向量标量处理机、输入输出系统等，并且在必修和选修课的设计上要充分彰显出科学合理性；在丰富教学手段上，除了传统的课堂教学以及实验室验证外，还要定期安排学生到大型企业进行学习，并且积极开展校园外活动，组织学生开展计算机竞赛，全面提升学生的综合技能和综合素质，带动教学质量的提升。

4 结语

总而言之，计算机系统硬件课程设计的虚拟实践方案有利于全面提升高校计算机教学水平，它是计算机教学改革的重点及难点，需要在剖析高校计算机系统硬件课程设计的虚拟实践教学现状的基础上，科学选择虚拟实践平台，不断优化、升级实践教学方案，才能全面提升教学水平，提高学生的综合技能和综合素质，培育出适应社会发展的高素质的复合型、创新型计算机人才。

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Research on the Virtual Practice of Computer System Hardware Curriculum Design Based on MAX+Plus II

Liu Caimei
(Lijiang Teachers College,Lijiang 674199,Yunnan)

It is imperative to reform the virtual practice teaching reform in the course of computer system hardware design.This paper studies on the optimization of virtual practice of computer system hardware design in the MAX+Plus II platform,expecting to have some positive effect.

MAX+Plus II platform;computer system;curriculum design;virtual practice

TP3-4

A

1008-6609(2016)05-0091-03

刘彩梅，女，云南丽江人，工程硕士，工程师，研究方向：计算机硬件。