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关于数字逻辑实验技术改革的研究 　　近年来，教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会制定的《计算机科学与技术本科专业规范》对于计算机专业的课程设置和教学要求都发生了变化，对于硬件类基础课程的要求与其他电子、电气类专业有所不同。考虑到计算机科学与技术专业需要掌握的是计算机逻辑结构的设计方法而不是其电子实现，我国许多高校的计算机专业陆续将基础课程“数字电子技术”改为“数字逻辑”。与“数字电子技术”相比，“数字逻辑”课程的教学注重“逻辑”而不是“电子”，强调集成电路的外部特性而非其内部电路。 　　1　传统实验技术的弊端 　　多年来，“数字电子技术”的实验教学与其他电子技术类课程一样使用专门的实验箱。实验通常使用74系列的TTL或CMOS中小规模集成电路。在实验箱上用插线把集成电路和其他元件连接成题目要求的实验电路，在实验过程中一般需要使用示波器、万用表等仪器进行观察。做实验的时候，学生能够实际看到并接触集成电路芯片和其他元器件，实际进行电路的连接，对电子电路、集成电路芯片、电压、信号等的印象比较深刻。早期的数字电子实验是在面包板上插线，极易发生接触不良、断线等问题，往往需要花费大量时间排除接触问题和错误的连接。后来发展为将集成电路芯片插在固定的集成电路插座上并使用专门的接插头、插孔等，改善了接触，实验成功率有所提高。此外，实验过程中经常会因为学生的操作错误而导致集成电路等元件的损坏，实验箱和其他仪器设备也会出现故障或损坏，反复的插拔器件和导线也容易造成引线折断，每年都发生器件材料消耗和设备维修的费用，实验设备完好率比较低。 　　用实验箱做实验，受连接线路等的限制，基本上只能按实验指导书的电路做指定的验证性实验，难以开展设计性实验。做验证性实验，不能发挥学生的主观能动性，实验教学与理论教学之间衔接得不好，没有真正起到“通过实验加深对理论知识的理解”和“理论与实际相结合”的作用，实验效果很不理想，既影响学生动手能力的提高，也影响学生对相关知识的掌握。认识到这个问题，一些学校也对实验内容进行了改革，增加了若干设计性实验课题。但是，由于在实验中需要花费较多时间进行线路连接和排查，受时间限制，实验电路只能是用很少几片集成电路的简单逻辑，难以完成比较复杂的逻辑设计实验。 　　2　改革的必要性 　　作为先修课，“数字逻辑”应该为后继的“计算机组成原理”准备所需要的逻辑电路设计知识、分析技术和设计技术。现代计算机逻辑结构的设计方法是基于大规模、超大规模集成电路的，而非中小规模集成电路的。“数字电子技术”课程的实验教学是基于中小规模集成电路的，要求学生熟悉常用SSI、MSI的型号、外部引脚和连接方法。这些知识对于电子、电气类专业的教学是必需的，但是对于计算机专业和“计算机组成原理”课程的学习却不是必需的。因为计算机专业的任务是设计计算机的体系结构和逻辑结构，应该掌握基于LSI、VLSI的计算机逻辑结构(主要是CPU)的设计技术。但是“数字电子技术”的教学内容和实验课题都没有涉及基于LSI、VLSI的设计技术。如果“数字逻辑”沿用“数字电子技术”的实验技术，虽然对“数字逻辑”课程本身没有多少影响，但是却使“计算机组成原理”课程的实验教学改革难以进行。 　　“计算机组成原理”课程的实验教学涉及运算器、控制器等计算机主要部件的逻辑设计问题。由于运算器、控制器等部件的逻辑相当复杂，如果想用74系列的中小规模集成电路来设计，需要的芯片数量太多，实验电路规模比较大，线路连接太复杂。因此，在课程内的实验教学中不可能用74系列的中小规模集成电路设计和实现运算器、控制器这样的逻辑。所以，除了存储器扩展实验外，基于中小规模集成电路的“计算机组成原理”实验箱一般只能做验证性实验，这就是为什么“计算机组成原理”课程的实验教学长期局限在做验证性实验的主要原因。探索了在“计算机组成原理实验”课程中增加几个用VHDL设计逻辑电路的实验后，蒋本珊指出，受学时限制，在“计算机组成原理”课程内学习硬件描述语言是不现实的，应该在前导的“数字逻辑”课程中增加硬件描述语言的内容，或者增设介绍EDA工具和硬件描述语言的选修课程。 　　20世纪90年代以来，随着电子技术和VLSI技术的进步，大规模集成电路PLD芯片逐渐取代了数字系统中传统的中小规模集成电路。同时，用硬件描述语言设计数字系统的EDA 技术发展成熟并广泛应用。数字系统和计算机系统的设计方法从传统的逻辑电路设计方法向“硬件设计软件化”方向转变。将EDA技术用于实验教学就是“硬件实验软件化”，属于“虚拟实验”范畴。“数字逻辑”课程的实验教学应该适应技术的进步，采用先进的基于VLSI的EDA技术。我国高校的计算机专业硬件类课程的教学和实验技术落后于技术的进步，与国外有明显差距