Proteus和TEC-4在计算机组成原理实验教学改革中的应用研究

王景珊 李淑兰

(景德镇学院 江西景德镇 333000)

计算机组成原理是计算机专业一门与计算机硬件相关的核心课程，同时也是很重要的考研必考课程之一。课程主要讲述计算机系统的组成、计算机系统的工作原理和计算机系统的应用方法等知识。因此，实验教学十分重要。然而，传统实验箱的实验教学仅能完成验证性实验。学生不能很好地理解实际机器的工作原理，也就不能体现学生在教学过程中的主体地位。随着计算机技术的发展，一些仿真实验软件开始出现，如TEC-4、Proteus。它们能更好地帮助师生解决实验教学的困难。[1]

一、对Proteus软件的介绍和应用

Proteus软件的出版公司是来自英国。它是一个EDA工具软件。Proteus既能做到仿真，也能对单片机和外围器件进行仿真。可以说，Proteus是世界上很著名的仿真软件。不管是从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路合并仿真，并可以快速切换至PCB设计，还是对于虚拟模型的仿真，Proteus在目前来说是一个可以把仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型三合一的设计平台。它是真正做到了从概念到产品都是一个完整的设计。[2]

那么，Proteus可以应用在哪些上面呢？我们通过Proteus可以让实验数字和逻辑基础电路都得以实现，并可以根据计算机硬件设计的目的，在之后的课程原理与接口技术中通过自己搭建的CPU去进行接口仿真实验。前提是要掌握实验数字和逻辑基础电路。

二、Proteus和TEC-4在计算机组成原理实验教学中的优点

1.仿真实验软件Proteus和TEC-4对学生基础知识的要求不高。软件是对计算机组成原理的仿真设计。只要学生有数字逻辑和数字电路的基础，了解逻辑门电路的基础知识，就可以根据要求做出原理图，对其进行仿真，而且只需要有足够台数的计算机，便能够开展实验教学。这样，学校在实验室硬件方面的投入就减少了很多。学生也能够借助计算机平台，不限时间不限地点进行使用。这样便提高了学习效率。

2.Proteus组成的实验室可以只提供极少的仪器仪表，甚至可以不提供，为什么呢？因为Proteus软件自身就已经提供了足够数量的虚拟仪器仪表，不止这些，Proteus中可以在一个电路中使同一种类型的仪器仪表随意调配使用。因此，Proteus还在能够保证仪器仪表质量的前提下大大减少实验室中需要的仪器仪表的数量。实验室中仪器仪表的数量、规格、质量这三个方面是决定一个实验室是否合格的关键因素。Proteus的这个优点让实验室的日常运行成本降低了不小。不仅如此，Proteus甚至让元器件的损耗降低为零。这便节约了很大的实验成本，由此可见其重要性和影响程度。[3]

3.Proteus最重要的作用就是在电子课程教学中能够支持电路设备的仿真，解决了以前在电子课程中学生需要自己做实验时因为需要不少设备而导致实验难进行的问题，而且可以在构建硬件前，先应用Proteus仿真软件在模拟环境中通过。这样更改过后，在实验设计中既可以做到不费时不费力，还减少了由于设计方案的缺点而造成的在硬件方面没必要的浪费。

4.TEC-4是一个8位计算机模型实验系统，用于计算机组成原理课程、计算机系统结构课程的教学实验。TEC-4运算器数据通路、控制器和控制台每部分的划分都很明了，模型不复杂、易操作，实用性强，还能够实现对流水的控制，因为计算机模型用的是数据总线和指令总线双总线的体制。在实验教学中，学生可以用实验台上的系统编程芯片ispLSI1032来解决硬布线控制器的问题。同时，它可以阻止电源对地短路，因为电源部分用的是模块电源。这个电源的重量是很轻的。

三、Proteus在实验教学中的应用研究

1.Proteus改革的优点还在于其能够给出仿真的运行结果：

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我们以前会因为使用不当或者放置时间过长而导致芯片坏掉，从而影响学生看到运行的结果。然而，我们使用Proteus，只需要连线，加上正确的操作，就能得到仿真的运行结果了。这样不仅可以略掉反复检查环节，节省时间，还能让学生在学习过程中获得成就感。

2、Proteus非常适合实验教学，让学生能够轻松地学会Proteus计算机系统的应用并能做到对计算机系统功能的仿真。Proteus可以使用一般的硬件，也不会影响使用。因此，学生在没有实物芯片或接插件等一些设备的时候仍然可以不受影响地学习和设计计算机系统。

四、结束语

本课程实验教学改革是在计算机组成原理的课程中设计出一些虚拟实验来，把Proteus和TEC-4应用到教学里。这有很大的好处。它们的虚拟实验成本少，仿真能力强，实验容易操作，难度也很符合学生的实际水平。学生可以不受时间限制进行自学，即为实验教学节省了大量成本，也提高了学生的设计技能，使其能深刻理解实际机器的工作原理。因此，这是一项值得推广的教学改革。