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操作系统类论文范文素材,与面向计算机专业的递进式综合实验教学方案相关毕业论文格式
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摘 要：提出一种面向计算机专业的递进式综合实验教学方案,阐述该实验方案设计思路和具体内容,提出递进式综合实验实现的平台.
关 键 词：计算机专业；实验教学；递进式综合实验
0.引言
计算机专业是一门技术性、实践性、应用性很强的学科.在注重理论的同时,也不能忽视实验教学.系统、科学的实验安排不仅能帮助学生加深对基础理论的认知,还能够让他们将学到的专业理论知识转化为实际应用能力,以达到理论和实践相结合的目的.高等院校在教学安排中越来越重视实验教学环节,加强实验教学力度,但实际效果不甚理想,还存在一些问题.例如：验证类实验所占比例大、难度小,学生只需根据实验指导书即可完成,无需了解原理,实验效果不佳；设计类实验任务不明确、指导力度不够,学生不知从何手下,难以深入完成；实验内容较为分散,不同课程之间缺少联系,都是以基于单个技术点、技术与技术之间相互割裂的实验为主,不利于学生理解实验的重要性和树立完整的计算机系统概念.
针对以上实验教学现状和问题,本文提出面向计算机专业的递进式综合实验教学方案,旨在帮助计算机专业学生设计和完成与每门专业课程相互联系的实验课程,巩固计算机专业基础知识的同时,熟悉理论知识的具体应用,提高解决工程问题的能力.
1.递进式综合实验设计的基本思路
该综合实验教学方案从设计数字逻辑器件出发,到实现基本的处理器,然后围绕设计的处ĩ
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2.递进式综合实验方案
2.1数字逻辑器件设计
数字逻辑电路是一门实践性较强的技术基础课,与其相伴随的实验内容为数字逻辑器件设计,包括组合逻辑器件设计和时序逻辑器件设计.基本的组合逻辑器件有编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器等；而要设计完成的时序逻辑部件有寄存器、移位器和计数器等.数字逻辑器件的设计通过两种方式完成：首先是在熟悉一种硬件辅助设计工具的基础上（如Xilinx公司的ISE）,以电路图的方式作为输入,完成设计工作；然后在掌握一门硬件描述语言（如VerilogHDL）的前提下,采用硬件描述语言以可综合的方式描述器件,完成设计和验证工作,为后续实验打下基础.
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作为递进式综合实验方案的硬件入门实验,数字逻辑器件设计实验归纳起来要完成以下实验任务：熟练使用硬件辅助设计工具,掌握一门硬件描述语言,完成各种组合逻辑和时序逻辑器件的设计及验证工作.
2.2汇编语言程序设计
汇编语言是一种面向具体体系架构的标记语言.鉴于MIPS32指令标准开源非常规整,在具体的教学安排中,围绕MIPS32体系架构讲解指令分类和格式、寻址方式以及汇编语言程序设计方法.具体实验围绕拟定的MIPS32指令子集,以MIPS模拟器为平台进行.实验内容为满足不同要求的汇编语言程序设计.例如,通过设计计算复杂数学表达式的程序帮助学生熟悉算术和逻辑运算指令；通过设计字符串比较程序来帮助学生熟悉条件转移指令和循环程序设计方法；运用子程序实现排序和检索程序,可帮助学生掌握模块化的程序设计思想.
作为递进式综合实验方案的软件入门实验,汇编语言程序设计需要完成的目标包括：熟悉MIPS32体系架构及相关模拟器的使用；运用所学的MIPS指令和汇编程序设计方法,编写汇编程序,并在模拟器中验证程序的正确性.该实验在帮助学生掌握基本程序设计方法的同时,让他们熟悉MIPS32体系架构,为后期实验的处理器设计及验证奠定基础.
2.3处理器部件设计及整合
伴随计算机组成原理课程的实验为MIPS32处理器部件设计及整合.该实验以汇编语言程序设计课程中熟悉的MIPS32体系架构为基础,围绕MIPSI指令集的特定子集,在数字逻辑实验所设计的逻辑器件基础上,采用硬件描述语言对处理器部件进行设计.需要完成的处理器为5级MIPS流水线处理器,让学生在理解设计思路的前提下,分别完成每级流水线及相关部件的设计,最后将5级流水线整合成一个完整的处理器,并在仿真软件中完成指令验证工作.
作为处理器设计实验,该实验需要完成的任务归纳起来有两点：一是完成各种处理器部件的设计；二是掌握处理器设计方法,将处理器部件和基本的数字逻辑器件整合成一个完整的处理器.鉴于实验内容较多,具体实验时可以将学生划分为若干个小组,每组成员协同完成实验.
2.4外围接口部件设计及系统集成
标准的计算机系统包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备.处理器由运算器和控制器构成.为了方便处理器与用户的交互,构建一个完整的硬件层面上的计算机系统,还需要设计间接或直接辅助输入输出数据的外围接口电路,包括总线模块、中断系统、定时器、串口、LCD和PS/2接口电路.总线模块设计只进行地址译码得到片选信号和片内地址选择信号；中断控制系统设计可以只考虑较少数量的中断源、较简单的中断优先级；PS/2接口电路用于连接PS/2鼠标键盘；而LCD接口电路用于连接标准LCD显示屏.在完成基本的外围接口部件设计后,将其与处理器整合到一块,构建一个完整的计算机硬件系统,然后采用具体的硬件辅助设计软件,将系统实现到具体的FPGA开发板上.作为计算机硬件系统设计的最后实验,该实验需要完成的任务包括总线模块设计、中断系统设计以及基本的外设接口电路设计,最后整合成计算机硬件系统,并运用相关平台将其实现到具体的FGPA开发板上.
2.5编译器构建
编译原理课程理论性非常强.为了让编译原理更具体,围绕一个中心任务即设计面向前期实验的计算机硬件系统特定范围的C语言编译器,将大任务细化到编译器设计的每个过程：词法分析、语法分析、中间代码生成、目标代码生成、代码优化和符号表管理等.词法分析阶段设计特定范围C语言的词法分析器；语法分析阶段根据前阶段输出完成语法解析器；设计中间代码生成器生成源程序对应的中间语言代码；目标代码生成阶段按照目标机器的指令格式和寄存器定义,完成中间代码到目标代码的替换；符号表作为存放源程序中定义的所有符号信息的数据结构,需要良好的设计；代码优化部分负责对目标代码进行优化,提升代码效率.编译原理课程的设计难度较大,建议学生分组实施.
编译器构建的另一个方案是修改GCC面向MIPS体系结构部分的源码,使编译生成的指令落在已实现指令的范围内.这种实验方案不适用于编译原理课程,但对于提高学生的编程能力大有帮助,可以考虑让有兴趣的学生参与其中.
2.6操作系统实验设计
操作系统作为计算机专业的核心课程,包罗了各种计算机领域的奇思妙想.如果能通过实验将这些精彩想法具߮
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