在计算机专业教学中,实验教学是一个不可或缺的部分。从通常意义上来说,计算机的实验教学分为两个方面: 一方面是软件实验教学,通过在计算机上进行软件操作完成; 另一方面是硬件实验教学,通过在相应的硬件实验平台或系统上实践完成。目前国内的很多高校,除了注重软件实验教学以外,开始更加重视硬件实验教学。
清华大学计算机系在硬件实验教学方面,积累了丰富的实验教学经验,一直致力于推动国内的硬件实验教学的发展,并于2007年申请成为国家级计算机实验教学示范中心。经过多年的积累,实验中心结合国内外硬件实验教学发展的趋势,设计和开发了一个相对完善的计算机实验教学体系和硬件教学系统,经过几年的试验,得到了学生的好评。本书为该实验系统中的一本实验教程,即数字逻辑课程及设计类实验教程。本书面向计算机专业本科生,也可以作为非计算机专业学习数字逻辑类课程的实验教程。
本书系统地总结了以往数字逻辑课程的实验内容,以最新的实验手段和方式开展实验,结合最新的实验平台,以学生最容易理解接受的方式开展实验,力求取得好的实验效果。此外实验支持本地和远程两种实验模式,在增加了学生可实验时间的同时也减轻了实验室的压力。
本书在内容安排上分为5章,第1章是实验系统的简单介绍,包括了可编程逻辑器件的简介,实验系统的硬件构架以及实验系统软件的使用3部分,让学生对实验系统有大致的了解,以便后期开展实验; 第2章是硬件描述语言的介绍,这一部分内容包括了基本的语言使用,以实例的形式介绍实验所用到的相关语言语法,学生通过本章可以基本掌握硬件描述语言的使用,并进行实验设计; 第3章是软件工具Quartus Ⅱ的使用,以用户手册的形式按步骤介绍了软件的使用; 第4章是本地实验内容和实验指导,该部分将数字逻辑实验分成了基本实验和综合实验两个部分,并由浅入深地组织了多个经典的数字逻辑实验内容,这些实验都是编者在多年的实验教学中总结和筛选出来的经典实验内容,各个学校可以根据自身的情况选择相应的实验开展; 第5章是远程实验内容和实验指导,该部分依托远程实验系统,学生可以通过网络完成和本地实验类似的实验。
需要特别说明的是,鉴于软件平台原因,本书中电器图形符号仍使用了旧图形符号。
本书中的实验内容都是依托“计算机硬件实验统一平台”设计的,使用本书的时候最好有相应的实验设备支持。本实验系统支持的实验内容很多,可扩展性很强,并且面向了不同层次的教学需要,有着完整的实验指导和设计样例,结合理论课程的学习、系统使用,可以达到三位一体的良好效果,为提高“数字逻辑”课程的教学质量和水平奠定了坚实的基础。
本书的编者都有着多年计算机硬件和软件教学、科研的工作经历,并在实验教学的第一线任职。在本书的编写过程中,得到了汤志忠教授、高玉超同学、吴东同学、陈果同学等的大力协助,在此表示衷心的感谢。同时感谢西普阳光科技有限公司在推广实验系统方面做出的努力和对本教程中实验内容的建议。
由于作者水平有限,本书中可能会有不当或者不完善之处,欢迎广大读者批评指正,促进我们的实验教学水平不断提高。
编者
2013年1月于清华园