虚拟组成原理实验系统的设计与实现

论文摘要

虚拟实验作为一种新的实验教学模式,弥补了传统实验设备的一些缺陷,是实验教学的一个新的发展方向。组成原理是计算机专业的一门重要的专业基础课。对于这种实践性很强的课程,实验环节是学好课程的关键步骤。本论文结合组成原理实验课程,对虚拟实验系统的建模和仿真方法进行了研究,提出了虚拟组成原理实验系统(简称VLPC)的设计思想和实现方案,并最终实现了一个基本的虚拟组成原理实验系统。本系统是河北省科技厅项目“网络虚拟组成原理实验室”的一部分。本系统采用C#语言在.NET平台上构建一个模拟的实验环境,用虚拟器件(电路符号)代表真实的电路器件,允许学生使用虚拟器件搭建虚拟逻辑电路,设计出运算器、控制器等功能部件,并最终组成CPU,在虚拟逻辑电路仿真的过程中可以动态地看到指令和数据的流动以及各个虚拟器件的工作状态。这将极大地提高学生的动手能力及分析和解决问题的能力,为学生构建了一种全新的实验教学模式。本论文以及虚拟组成原理实验系统的设计与实现是在导师的指导下独立完成的,所完成的主要工作如下:1、提出了虚拟组成原理实验系统的设计目标和总体设计方案。对系统的整体框架进行分解,设定了各个模块的基本功能。2、研究了虚拟器件的建模方法,结合本课题的实际情况,定义了虚拟器件的抽象模型,使用基于.NET组件技术封装该模型,使得虚拟器件具有良好的独立性、扩展性和重用性。3、本论文对虚拟逻辑实验系统所采用的离散事件模型仿真方法进行了研究,所设计的虚拟器件采用固定延迟模型,对固定延迟虚拟逻辑器件的仿真提出了一种新的事件同步方法。通过检索中国博士和优秀硕士学位论文库以及中国期刊全文数据库,未见到该方法的相关报道。(见附录一)4、作为应用实例,使用本系统搭建了一个八位的CPU模型机,指令系统采用微程序控制技术,通过输入汇编指令完成相应指令的模拟。本系统建模灵活易于实现,同时也有很高的执行效率,作为硬件实验设备的补充,可广泛用于计算机本专科组成原理实验教学。仿真系统的设计思想对其他类似系统也有很好的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪 论
• 1.1 虚拟实验室的研究背景
• 1.2 虚拟实验室的发展现状
• 1.3 课题的研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 虚拟组成原理实验系统的总体设计
• 2.1 系统设计目标
• 2.2 系统结构
• 2.2.1 虚拟实验平台
• 2.2.2 虚拟器件库的管理
• 2.3 软件设计方案
• 第3章 虚拟器件和虚拟仪器的设计
• 3.1 虚拟器件的建模要求
• 3.2 虚拟器件的设计模型
• 3.2.1 模型与仿真
• 3.2.2 虚拟器件的建模方法
• 3.3 虚拟器件的设计方法
• 3.3.1 基于组件的设计
• 3.3.2 虚拟器件基类的实现
• 3.3.3 虚拟器件库的生成
• 3.3.4 虚拟仪器的设计方法
• 第4章 虚拟组成原理实验系统的设计与实现
• 4.1 虚拟实验系统的操作界面
• 4.2 仿真算法研究及设计
• 4.2.1 离散事件系统的仿真
• 4.2.2 系统的仿真原理
• 4.2.3 系统的仿真实现
• 4.3 绘图功能的实现
• 第5章 系统应用与测试
• 5.1 操作流程
• 5.2 应用实例
• 5.2.1 模型机指令系统
• 5.2.2 微程序控制设计
• 5.2.3 建立数据通路
• 5.2.4 指令执行示例
• 第6章 结束语
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步的工作
• 参考文献
• 附录一
• 附录二
• 致谢