一种《计算机组成原理》仿真实验系统技术方案

一种《计算机组成原理》仿真实验系统，包括单模块实验仿真子系统和整机实验仿真子系统，所述单模块实验仿真子系统包括寄存器组模块仿真单元、通用寄存器发模块仿真单元、运算器模块仿真单元、存储器和总线模块仿真单元、指令部件仿真单元、微程序控制器模块仿真单元和时序和启停模块仿真单元，所述单模块实验仿真子系统包括：初始化模块、开关按钮检测模块和开关动作操作模块；整机实验仿真子系统包括：初始化模块、运行模式识别模块、取指令模块、分析指令模块和执行指令模块。本发明专利技术提供一种降低成本、有效辅助教学实验的全部要求的《计算机组成原理》仿真实验系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仿真实验系统。技术背景现有的《计算机组成原理》课程配套的实验手段主要有(1) 、硬件实验仪形式用电路组成的计算机模块。实验教学中对电路提供 操作，得到实验效果。当前高校教学大多数采用此种方式。问题和缺点实验教学必须购买实验仪器，价格较贵，实验仪器维护费用高。 实验仪器故障会影响教学效果。(2) 、硬件实验仪和软件程序结合形式用电路组成的计算机模块，实验教 学中对电路提供操作，得到实验效果，同时用配套的软件从硬件实验仪上获得数 据，在软件界面上显示实验效果。这种方式界面直观。有些高校采用此种方式。问题和缺点软件必须依赖硬件实验仪使用，在实验仪故障时，无法使用。 问题和缺点同第一种方式。(3) 、纯软件仿真形式用软件实现计算机硬件模块的功能，用户在软件界 面上对虚拟的硬件操作，得到实验结果。这种方法没有硬件实验室投资费用和维 护问题，操作简单，界面直观，可以保证实验教学效果。当前还没有此类完整产 品。有些高校教师开发了仿真某一模块(如运算器硬件)的软件，但是没有仿真一台计算机的完整产品。问题和缺点只有一部分模块的仿真，仍然需要借助实验仪，成本高、且不 能辅助解决教学实验的全部要求。
技术实现思路
为了克服已有的《计算机组成原理》实验设备的成本高、不能辅助解决教学 实验的全部要求的不足，本专利技术提供一种降低成本、有效辅助教学实验的全部要 求的《计算机组成原理》仿真实验系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种《计算机组成原理》仿真实验系统，包括单模块实验仿真子系统和整机4实验仿真子系统，所述单模块实验仿真子系统包括寄存器组模块仿真单元、通用 寄存器发模块仿真单元、运算器模块仿真单元、存储器和总线模块仿真单元、指 令部件仿真单元、微程序控制器模块仿真单元和时序和启停模块仿真单元，所述 单模块实验仿真子系统包括初始化模块，用于设置各个对象是否可见，设置变 量初始值，所述对象包括硬件芯片、操作开关和模块间信息通道，所述变量包括 硬件芯片值、操作开关的信号值、信息通路上信号值、操作开关代表的控制信号 含义、信息传输的方向；开关按钮检测模块，用于在flash中按钮元件为自动检测， 会激发动作，在该动作中编写代码，判断是数据开关还是控制信号开关；数据开 关操作模块，用于显示数据输入到实验模块的信息流动动画，并将数据开关值赋 值给模块硬件芯片值；开关动作操作模块，用于根据该模块信号的定义，判断控制信号对实验模块是否 有效，如有效，则执行模块的功能代码，完成要求的功能。若不是，则模块不运 行.；所述整机实验仿真子系统包括 初始化模块，用于初始化整机界面上所有对象及变量；运行模式识别模块，用于检测运行按钮，判断是按下微单步按钮还是全速按钮， 设置运行模式标志变量；取指令模块，用于将值赋值给内存当前地址值，根据内存当前地址值查内存数据 数组，得到内存当前数据值，将此值传送到指令寄存器；内存当前地址值、内存 当前数据值、指令寄存器值用显示灯显示；分析指令模块,用于根据指令寄存器的值査表得到该指令对应的微程序的微地址， 把微地址作为微程序存储器数组的下标，查找到微程序的第1条微指令，微指令 中的代码即为各模块的控制信号，根据微指令代码，给涉及到的模块送控制信号， 模块根据控制信号完成相应的功能；显示灯显示微指令值、微地址值、各模块控制信号灯值；执行指令模块，用于根据取得的微指令，给各单模块剪辑传送控制信号，即各单 模块剪辑得到控制信号组合，若控制信号有效，则该模块实现自身的功能，执行 结果体现在硬件芯片的变量中。作为优选的一种方案所述的寄存器组模块仿真单元、通用寄存器发模块仿 真单元、运算器模块仿真单元、存储器和总线模块仿真单元、指令部件仿真单元、 微程序控制器模块仿真单元和时序和启停模块仿真单元采用flash Actkmscript一开 发，发布为HTML形式，实验系统的组织采用HTML超链接形式连接。本专利技术的技术构思为系统单机版开发平台为Macromedia flash 8。用HTML 超链接形式将各实验组织在一起。本系统不需在计算机上安装，可直接运行。运 行环境为有flash player插件的浏览器(IE 6以上版本自带该插件)。本专利技术系统 网络版开发平台为Macromedia flash 8， ASP。系统需要IIS环境才可运行。本专利技术软件通过HTML页面，提供完成实验选择的超链接列表。用户根据内 容选择进行的实验。实验1到实验7是单模块实验操作，实验8是整机实验操作。 每个实验都包括实验指导说明文档。实验一是寄存器组模块仿真实验二是通用寄存器模块仿真实验三是运算器模块仿真实验四是存储器和总线模块仿真实验五是指令部件模块仿真实验六是微程序控制器模块仿真实验七是时序和启停模块仿真实验八是整机综合仿真用户从实验列表中选择要进行的实验项目，通过阅读实验指导文档，了解实 验的基本操作原理和步骤，再进入仿真实验机界面完成操作。仿真实验机界面以 真实实验仪照片为背景，这样可以给操作者强烈的真实感。实验涉及到的硬件模 块及该模块的逻辑线路都标识和绘制出来，实现虚实结合。实验指导文档为HTML静态页面形式。仿真实验机分2类，单模块实验仿真和综合实验机仿真。1、单模块实验仿真，包括有1.1、 单模块实验仿真功能操作者连接实验要求的连线，即可操作输入开关，给实验模块提供数据、地 址、控制信号。连线时用户通过鼠标点击指定连接的信号插孔和输入开关插孔， 连接线路出现在界面上，若连接不正确，则不会有信号线出现。在连线完成之后，用户可以操作该实验模块了。用鼠标点击开关，开关会有 相应的变化，开关上的指示灯会亮灭表示数据"1"和"0"，同时代表信号传递的 动画会演示，用户可以看到自己的操作提供的高低电平信号传递到具体哪块芯片 上去了。实验过程中，可以将鼠标移至芯片上，该芯片内部的数据值会以二进制 形式显示出来。模块的工作逻辑完全仿真硬件工作情况，芯片对控制信号不同组 合作出不同操作。黄色的信号流动动画表示数据信息传递路线，红色的信号流动表示控制信号 开关提供了高电平送达连接的芯片引脚。数据开关显示灯、控制开关显示灯、总 线显示灯上的值与实验仪显示形式一致。另外还可以直接点击模块中的芯片，査 询芯片内的数据值。对于功能较多的芯片，还显示提示信息，提醒用户给出的控 制信号选择了该芯片何种功能。1.2、 单模块仿真设计思路单模块实验中，涉及到的对象及关系有1) 对象硬件芯片、操作开关、模块间信息通路。2) 属性硬件芯片值、操作开关的信号值、信息通路上信号值、操作开关代 表的控制信号含义、信息传输的方向(决定动画形式)、硬件芯片完成的功能。3) 动作操作开关的控制意义经信息传输通路到达硬件芯片，硬件芯片启动 内部功能实现。仿真实验机初始状态，在用户对操作开关做操作后，实验机转数据传递和硬 件功能运行状态，将开关的控制作用随时体现出来。对应单模块仿真分析，我们在flash中建立各对象的实例。Flash中可操作的对象有图形元件、影片剪辑元件、按钮元件。硬件芯片用图形元件表示，属性值 用图形元件关联的动态变量值表示，信息传递动作用影片剪辑元件动画表示，操 作开关动作用按钮元件表示。Flash ActionScript编程思路(1) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种《计算机组成原理》仿真实验系统，其特征在于：所述仿真实验系统包括单模块实验仿真子系统和整机实验仿真子系统，所述单模块实验仿真子系统包括寄存器组模块仿真单元、通用寄存器发模块仿真单元、运算器模块仿真单元、存储器和总线模块仿真单元、指令部件仿真单元、微程序控制器模块仿真单元和时序和启停模块仿真单元，所述单模块实验仿真子系统包括：初始化模块，用于设置各个对象是否可见，设置变量初始值，所述对象包括硬件芯片、操作开关和模块间信息通道，所述变量包括硬件芯片值、操作开关的信号值、信息通路上信号值、操作开关代表的控制信号含义、信息传输的方向；开关按钮检测模块，用于在ｆｌａｓｈ中按钮元件为自动检测，会激发动作，在该动作中编写代码，判断是数据开关还是控制信号开关；数据开关操作模块，用于显示数据输入到实验模块的信息流动动画，并将数据开关值赋值给模块硬件芯片值；开关动作操作模块，用于根据该模块信号的定义，判断控制信号对实验模块是否有效，如有效，则执行模块的功能代码，完成要求的功能。若不是，则模块不运行；所述整机实验仿真子系统包括：初始化模块，用于初始化整机界面上所有对象及变量；运行模式识别模块，用于检测运行按钮，判断是按下微单步按钮还是全速按钮，设置运行模式标志变量；取指令模块，用于将值赋值给内存当前地址值，根据内存当前地址值查内存数据数组，得到内存当前数据值，将此值传送到指令寄存器；内存当前地址值、内存当前数据值、指令寄存器值用显示灯显示；分析指令模块，用于根据指令寄存器的值查表得到该指令对应的微程序的微地址，把微地址作为微程序存储器数组的下标，查找到微程序的第１条微指令，微指令中的代码即为各模块的控制信号，根据微指令代码，给涉及到的模块送控制信号，模块根据控制信号完成相应的功能；显示灯显示微指令值、微地址值、各模块控制信号灯值；执行指令模块，用于根据取得的微指令，给各单模块剪辑传送控制信号，即各单模块剪辑得到控制信号组合，若控制信号有效，则该模块实现自身的功能，执行结果体现在硬件芯片的变量中。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘均，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]