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

(景德鎮學院 江西景德鎮 333000)

計算機組成原理是計算機專業一門與計算機硬件相關的核心課程，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的組成、計算機系統的工作原理和計算機系統的應用方法等知識。因此，實驗教學十分重要。然而，傳統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，也就不能體現學生在教學過程中的主體地位。隨著計算機技術的發展，一些仿真實驗軟件開始出現，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、代碼調試到單片機與外圍電路合并仿真，并可以快速切換至PCB設計，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設計軟件和虛擬模型三合一的設計平臺。它是真正做到了從概念到產品都是一個完整的設計。[2]

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

二、Proteus和TEC-4在計算機組成原理實驗教學中的優點

1.仿真實驗軟件Proteus和TEC-4對學生基礎知識的要求不高。軟件是對計算機組成原理的仿真設計。只要學生有數字邏輯和數字電路的基礎，了解邏輯門電路的基礎知識，就可以根據要求做出原理圖，對其進行仿真，而且只需要有足夠臺數的計算機，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軟件自身就已經提供了足夠數量的虛擬儀器儀表，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配使用。因此，Proteus還在能夠保證儀器儀表質量的前提下大大減少實驗室中需要的儀器儀表的數量。實驗室中儀器儀表的數量、規格、質量這三個方面是決定一個實驗室是否合格的關鍵因素。Proteus的這個優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備而導致實驗難進行的問題，而且可以在構建硬件前，先應用Proteus仿真軟件在模擬環境中通過。這樣更改過后，在實驗設計中既可以做到不費時不費力，還減少了由于設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，用于計算機組成原理課程、計算機系統結構課程的教學實驗。TEC-4運算器數據通路、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，還能夠實現對流水的控制，因為計算機模型用的是數據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改革的優點還在于其能夠給出仿真的運行結果：

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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果了。這樣不僅可以略掉反復檢查環節，節省時間，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計算機系統的應用并能做到對計算機系統功能的仿真。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備的時候仍然可以不受影響地學習和設計計算機系統。

四、結束語

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，即為實驗教學節省了大量成本，也提高了學生的設計技能，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。