計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，屬于計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)算機(jī)原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程，考研統(tǒng)考課程，課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握計(jì) 算機(jī)組成部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及將各部件連接成整機(jī)的方法，強(qiáng)調(diào)建立 CPU級(jí)和硬件系統(tǒng)級(jí)的整機(jī)概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析、開發(fā)與設(shè)計(jì)能力。該課程 內(nèi)容多、抽象、難度大，單純講授效果不佳。
[0003] 所以，尋求一種實(shí)踐教學(xué)方法，讓學(xué)生既感興趣，又能學(xué)會(huì)課程內(nèi)容至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為理論性強(qiáng)的課程尋求一種實(shí)踐教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)的，枯燥的教 師講授教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)度學(xué)生，提高學(xué)習(xí)效率。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法包括以下 步驟： 1) 學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)； 2) 學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模型機(jī)； 3) 輸入指令，數(shù)據(jù)，顯示指令執(zhí)行動(dòng)態(tài)過程； 4) 可視化輸出檢驗(yàn)結(jié)果正確性。
[0007] 所述的計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)至少包括加法 指令、減法指令、乘法指令，無條件跳轉(zhuǎn)指令，有條件跳轉(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、存儲(chǔ)指令、空 指令；尋址方式至少包括：立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址。
[0008] 所述的計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述簡(jiǎn)單模型機(jī)至少包括8個(gè)通 用寄存器R〇、RU R2、R3、R4、R5、R6、R7,暫存器A、B，運(yùn)算器ALU、程序計(jì)算器PC、指令寄存 器IR、程序狀態(tài)寄存器PSW、主存地址寄存器MAR、主存數(shù)據(jù)寄存器MDR、存儲(chǔ)器、控制器；模 型機(jī)中指令和數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，指令存儲(chǔ)器的地址總線和數(shù)據(jù)總線寬度均為16位，數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器的地址總線寬度為16位，數(shù)據(jù)總線寬度為8位，讀寫操作需要一個(gè)周期。
[0009] 所述的計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述控制器采用六級(jí)指令流水分 別為：取指、分析、取源操作數(shù)、取目的操作數(shù)、執(zhí)行、寫回，一次操作需要一個(gè)周期，乘法執(zhí) 行需要2個(gè)周期，其它指令執(zhí)行需要一個(gè)周期。
[0010] 所述程序狀態(tài)寄存器PSW為8位位寄存器包括：P (PSW.0):奇偶校驗(yàn)位，用于 表示運(yùn)算器結(jié)果奇偶校驗(yàn)；F (PSW. 1):用戶標(biāo)志位，作為用戶自行定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志； H (PSW. 2):半進(jìn)位標(biāo)志：即低4位是否向高4位進(jìn)位或借位，如果有則為1，否則，為0 ;S (PSW. 3):符號(hào)標(biāo)志位：本位是位N和位V的異或值；V (PSW. 4):有符號(hào)數(shù)溢出標(biāo)志位；C (PSW. 5):無符號(hào)數(shù)溢出標(biāo)志位；N (PSW. 6):負(fù)數(shù)標(biāo)志位：若運(yùn)算結(jié)果是負(fù)數(shù)，則為1 ;否則， 為O ;Z (PSW. 7) :0標(biāo)志位：若運(yùn)算結(jié)果是0,則為I ;否則，為0。
[0011] 本發(fā)明主要有益效果：改變教學(xué)模式，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 模型，把理論應(yīng)用于實(shí)踐，提高學(xué)習(xí)效果，加深對(duì)計(jì)算機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的理解。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)流程圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明模型機(jī)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例做進(jìn)一步說明。
[0015] 本發(fā)明的基本思想是自己設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用軟件模擬計(jì)算機(jī)的工作流 程，改變傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式，提高教學(xué)效果。
[0016] 實(shí)施例1 :計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法包括以下步驟。
[0017] 1)學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)至少包括加法指令、減法指令、乘法指 令，無條件跳轉(zhuǎn)指令，有條件跳轉(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、存儲(chǔ)指令、空指令；尋址方式至少包 括：立即尋址、直接尋址、間接尋址；指令長(zhǎng)度定長(zhǎng)16位，指令格式如下：
并為機(jī)器代碼設(shè)置匯編助記符。例如：ADD R1，R2表示寄存器尋址的加法運(yùn)算，寄存器 Rl的內(nèi)容和寄存器R2的內(nèi)容相加結(jié)果存回Rl，本指令對(duì)應(yīng)機(jī)器碼0000 00 00 0001 0010， 同時(shí)結(jié)果參數(shù)置程序狀態(tài)寄存器PSW，本條指令將影響PSW標(biāo)志位Z，C，N，V，H，S。機(jī)器碼為 自己設(shè)計(jì)內(nèi)容無固定答案。
[0018] 2)學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模型機(jī)：如附圖2所示模型機(jī)至少包括8個(gè)通用寄存器R0、 RU R2、R3、R4、R5、R6、R7,暫存器A、B，運(yùn)算器ALU、程序計(jì)算器PC、指令寄存器IR、程序狀 態(tài)寄存器PSW、主存地址寄存器MAR、主存數(shù)據(jù)寄存器MDR、存儲(chǔ)器、控制器；模型機(jī)中指令和 數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，指令存儲(chǔ)器的地址總線和數(shù)據(jù)總線寬度均為16位，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址總 線寬度為16位，數(shù)據(jù)總線寬度為8位，讀寫操作需要一個(gè)周期。
[0019] 3)按照設(shè)計(jì)的匯編助記符輸入指令，數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的機(jī)器代碼，對(duì)機(jī) 器代碼分析、執(zhí)行，顯示指令執(zhí)行動(dòng)態(tài)過程，包括指令流水線的步驟，所述模型機(jī)采用六級(jí) 指令流水分別為：取指、分析、取源操作數(shù)、取目的操作數(shù)、執(zhí)行、寫回，一次操作需要一個(gè)周 期，乘法執(zhí)行需要2個(gè)周期，其它指令執(zhí)行需要一個(gè)周期。取指：依據(jù)程序計(jì)算器PC地址從 存儲(chǔ)器把指令取到指令寄存器IR ;分析：對(duì)IR數(shù)據(jù)的操作碼字段、尋址方式字段譯碼判斷 是什么指令；取源操作數(shù)：根據(jù)尋址方式取源操作數(shù)；取目的操作數(shù)：根據(jù)尋址方式取目的 操作數(shù)；執(zhí)行：根據(jù)指令要求執(zhí)行操作；寫回：將運(yùn)算結(jié)果寫回到目的地址。
[0020] 4)檢驗(yàn)結(jié)果正確性：包括輸出結(jié)果和程序流水線步驟，整個(gè)輸出過程用可視化界 面描述尤其在描述指令流水步驟時(shí)。
[0021] 本設(shè)計(jì)通過學(xué)生自己開發(fā)軟件模擬計(jì)算機(jī)工作流程，加深對(duì)計(jì)算機(jī)工作流程的理 解，打破傳統(tǒng)的教師講授模式，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。這不是一個(gè)簡(jiǎn)單的小程序，它包含了 整個(gè)計(jì)算機(jī)原理的核心教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生自己參與開發(fā)這樣一個(gè)軟件非常有助于對(duì)該課程的 學(xué)習(xí)。
[0022] 需要理解到的是：上述實(shí)施例雖然對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)的描述，但這些描述，只是對(duì) 本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的簡(jiǎn)單說明，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上 實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范 圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法包括以下步 驟： 1) 學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)； 2) 學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模型機(jī)； 3) 輸入指令，數(shù)據(jù)，顯示指令執(zhí)行動(dòng)態(tài)過程； 4) 可視化輸出檢驗(yàn)結(jié)果正確性。2. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)至 少包括加法指令、減法指令、乘法指令，無條件跳轉(zhuǎn)指令，有條件跳轉(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、 存儲(chǔ)指令、空指令；尋址方式至少包括：立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址。3. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述簡(jiǎn)單模型機(jī)至少 包括8個(gè)通用寄存器RO、Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7，暫存器A、B，運(yùn)算器ALU、程序計(jì)數(shù)器PC、 指令寄存器IR、程序狀態(tài)寄存器PSW、主存地址寄存器MAR、主存數(shù)據(jù)寄存器MDR、存儲(chǔ)器、控 制器；模型機(jī)中指令和數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，指令存儲(chǔ)器的地址總線和數(shù)據(jù)總線寬度均為16位， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址總線寬度為16位，數(shù)據(jù)總線寬度為8位，讀寫操作需要一個(gè)周期。4. 如權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述控制器采用六級(jí) 指令流水分別為：取指、分析、取源操作數(shù)、取目的操作數(shù)、執(zhí)行、寫回，一次操作需要一個(gè)周 期，乘法執(zhí)行需要2個(gè)周期，其它指令執(zhí)行需要一個(gè)周期。5. 如權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)方法，其特征在于：所述程序狀態(tài)寄存 器PSW為8位位寄存器包括：P (PSW. 0):奇偶校驗(yàn)位，用于表示運(yùn)算器結(jié)果奇偶校驗(yàn)；F (PSW. 1):用戶標(biāo)志位，作為用戶自行定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志；H (PSW. 2):半進(jìn)位標(biāo)志：即低4 位是否向高4位進(jìn)位或借位，如果有則為1，否則，為0 ;S (PSW. 3):符號(hào)標(biāo)志位：本位是位 N和位V的異或值；V (PSW. 4):有符號(hào)數(shù)溢出標(biāo)志位；C (PSW. 5):無符號(hào)數(shù)溢出標(biāo)志位；N (PSW. 6):負(fù)數(shù)標(biāo)志位：若運(yùn)算結(jié)果是負(fù)數(shù)，則為1 ;否則，為0 ;Z (PSW. 7) :0標(biāo)志位：若運(yùn)算 結(jié)果是0,則為1;否則，為0。
【專利摘要】本發(fā)明為理論性強(qiáng)的課程計(jì)算機(jī)原理尋求一種實(shí)踐教學(xué)方法，該方法改變教學(xué)模式，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一套最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型，包括整個(gè)指令系統(tǒng)，模型機(jī)，然后運(yùn)行程序演示檢驗(yàn)。通過該方法使學(xué)生建立CPU級(jí)和硬件系統(tǒng)級(jí)的整機(jī)概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析、開發(fā)與設(shè)計(jì)能力，把理論教學(xué)應(yīng)用于實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)度學(xué)生，提高學(xué)習(xí)效率。
【IPC分類】G09B19/00
【公開號(hào)】CN105047044
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510584523
【發(fā)明人】于復(fù)興, 索依娜, 常永平, 劉亞志, 吳亞峰
【申請(qǐng)人】華北理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年9月15日