于湛麟

（渤海大学 信息科学与技术学院，辽宁 锦州 121000）

计算机组成原理实验是计算机组成原理课程的实验环节[1]，是涉及计算机内部工作机理的硬件类实验，

主要内容包括运算器、存储器、控制器、时序电路、总线传输控制和模型机系统设计等。通过实验可使学生掌握计算机硬件设计、制造、调试和运行维护等多方面的技能，训练学生的动手能力，培养创新能力以及认真、严谨的科研作风。

传统的计算机组成原理实验一般是采用专用的实验箱，存在的主要问题是，硬件结构固定，在计算机组成、功能实现等方面直观性较差，学生实验时的主要工作仅仅是在相应硬件模块间插接连线，大多是验证性实验，学生不能自己设计模块，所有的实验很难突破实验箱的限制，因此不能很好的加强学生对课程理论知识的理解，更谈不上培养创新能力了。

Multisim10是一种专门用于电路仿真和设计的软件之一[2－8]，最大的特点是高度的系统集成化、图形化，简单易用、形象直观。电路的原理图输入构建、仿真、分析和结果显示均在同一个环境中完成，不需在不同的应用程序间来回切换；各种元器件形象直观，电路结构和形式与教材完全相同，整个软件系统的操作过程较为简便，学习和使用很方便。

在Multisim仿真软件中虚拟仿真计算机组成原理实验，是一种先进的实验模式，学生可把重点放在计算机各组成部分的设计和仿真验证上，即丰富了实验内容、方法和手段，又有效地提高了实验的直观性及效果，使实践环节更好地达到教学目的。

以下用Multisim10版本对计算机组成原理的存储器进行仿真研究。

1 Multisim仿真实现方案

1.1 静态存储器SRAM6116的逻辑功能

存储器仿真，选用静态存储器SRAM6116为核心器件，6116的功能表如表1所示。其中～CS为片选信号，～OE为输出允许信号，～WE为写允许信号，I/O0～I/O7为 8位数据输入/输出端口。

SRAM6116有A10～A0为11位地址输入量，存储容量为2k×8位，通过虚拟仿真，验证数据的读写工作过程及工作特性。

表1 6116功能表Tab.1 Function table for 6116

1.2 存储器的Multisim仿真原理

在Multisim10中构建的存储器仿真实验系统如图1所示。

通过局部总线BUS1连接的8位开关组J1、电阻R8～R1、地址寄存器74LS273用于产生和存放8位地址。8位开关组的状态设置成由键盘上的 8、7、6、5、4、3、2、1 键控制，开关向下拨动为0、向上拨动为1；地址寄存器74LS273的输出端接外部地址总线A－BUS，地址值由8个指示灯X18～X11显示，灯亮为 1、等灭为 0；状态受开关J2、J3控制的信号 LDAR、T3经与门74LS08产生地址寄存器74LS273的CLK时钟输入信号。

图1 Multisim10中存储器的仿真电路Fig.1 Simulation circuit of the memory in Multisim 10

通过局部总线BUS2连接的8位开关组J4、电阻R16～R9用于产生8位输入数据值，8位开关组的状态设置成由键盘上的 Q、W、E、R、T、Y、U、I键控制，开关向下拨动为 0、向上拨动为1。局部总线BUS2、外部数据总线D－BUS之间通过三态传输门74LS126连接，三态传输门的控制端受开关F控制，开关接5 V时三态传输门处于工作状态、开关接地时三态传输门处于禁止状态。外部数据总线D－BUS上的数据值由8个指示灯X28～X21显示，灯亮为1、等灭为0。进行写操作时三态传输门处于工作状态，指示灯X28～X21显示的是经三态传输门传输到外部数据总线D－BUS上的输入数据值；进行读操作时三态传输门处于禁止状态，指示灯X28～X21显示的是静态存储器6116输出的数据值。

静态存储器SAM使用一片6116。6116芯片的地址线的低8位 A0～A7接在外部地址总线A－BUS上、高3位A8～A10接地，数据线I/O0～I/O7接在外部数据总线D－BUS上，6116芯片的实际使用容量为28=256字节。6116芯片的工作状态由开关J6产生的CE信号控制，CE=0时存储器工作、CE=1时存储器不工作；6116芯片的读、写方式由开关J7产生的WE信号控制，WE=0时存储器进行写操作、WE=1时存储器进行读操作。

1.3 存储器仿真电路的读写过程

写入的仿真过程如图2所示，表2所示是按写入步骤写入数据的示例。

图2 写入的仿真过程Fig.2 Write the simulation process

读出的仿真过程如图3所示。按图3所示的读出仿真过程可读出表2所示各数据单元的内容，观察到读出与写入的内容相同，从而验证了存储器[9]的读写工作过程。

2 结束语

从以上的分析可以看出，在计算机组成原理实验中可以较为方便地引入Multisim10仿真系统，从而丰富了实验内容、方法和手段，与以往传统的实验方法相比，学生在实验过程中可把重点放在模型计算机的设计和仿真、验证上，弥补了真实实验在计算机组成、功能实现等方面直观性较差的不足，使实践环节更好地达到教学目的。仿真系统的引入，也是学生接触到了现代电子设计的新方法、新手段，激发了学生的积极性和创造性，使整个课程实验的效果得到很大提高。

表2 6116的写入数据表Tab.2 6116 write data table

图3 读出的仿真过程Fig.3 Read out the simulation process

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