前言
計算機硬件技術基礎系列實驗是信息類專業(yè)配套開設的必修實驗課。此類實驗課能夠幫助學生從物理芯片層、數(shù)字邏輯層、體系結構層了解數(shù)字系統(tǒng)硬件邏輯設計，有利于進一步學習計算機接口技術、嵌入式技術等高級應用，也有利于提升學生的實踐能力。1999年，在以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才的學院教育指導思想的指引下，以提高學生的綜合能力、培養(yǎng)創(chuàng)新人才為主線，結合課程自身的特點和技術發(fā)展趨勢，實驗室開展了一系列的硬件技術基礎實驗教學改革。歷經15年，探索出一條適合信息專業(yè)學生加強綜合能力的硬件實驗教學鏈條式教育培養(yǎng)模式，獲得了廣大教師和學生的認可。借此我們把多年的教學研究總結歸納并重新整合，編寫出實驗教材與廣大教師和學生分享。全書共6章，簡單介紹如下：第1章主要從硬件技術基礎實驗教學中存在的問題及解決思路入手，闡述了硬件實驗教學模式、實驗設備研發(fā)、實驗內容系統(tǒng)化設定，實驗教學方法研究，綜合考核與測試制度的制定等方面的教學實施方案。第2章分3個層次介紹了基礎電路的相關實驗及綜合設計內容，學生能掌握物理層面的相關知識（元器件、集成電路的認識、基本原理、性能測試、性能分析），掌握常用電子儀器與儀表的使用技能。第3章介紹自制硬件數(shù)字系統(tǒng)設計平臺以及相關軟件的使用，將FPGA開發(fā)與應用的相關知識循序漸進地融合到實驗項目以及綜合設計項目中，學生能掌握邏輯層面的相關知識（數(shù)字部件、組件的認識、基本原理、性能測試、性能分析），初步學會數(shù)字系統(tǒng)設計的方法和初步的FPGA開發(fā)與應用技術：用硬件描述語言VHDL描述硬件內部的邏輯關系；數(shù)字系統(tǒng)性能測試與邏輯分析技能；軟件工具使用中的技巧，軟硬件調試的方法與技巧等。第4章以CPU為典型案例，分7大部分（總線、運算器、存儲器、數(shù)據通路、時序電路、微程序控制器、模型機與程序運行）設定實驗內容，且每個模塊又分別設計了幾個小實驗，并可依據原理框圖用圖形法或硬件描述語言等方法實現(xiàn)，學生能掌握復雜數(shù)字系統(tǒng)的結構原理、設計原理、性能測試、性能分析，進一步掌握FPGA開發(fā)與應用技術。
第5章講述單片機系統(tǒng)全過程以8位RISC式AVR CPU軟核為中心，首先從單片機系統(tǒng)程序處理角度入手，借助原型芯片行為模型，方便完成軟件編程與硬件邏輯設計； 其次，案例設計片上系統(tǒng)虛擬平臺從仿真上展示了單片機周邊必不可少的數(shù)據輸入與輸出； 最后，自然過渡至創(chuàng)客硬件開發(fā)板，項目驅動智能硬件構件裝配、應用開發(fā)與調試實踐。第6章通過展示自制數(shù)字系統(tǒng)實驗箱的通信功能，介紹基于FT245BM和FPGA的USB接口設計實例。該教材是我們15年改革的歸納總結，現(xiàn)有的課程內容安排、教學組織、教學方法以及考核模式極大地調動了學生對硬件知識以及硬件實驗的學習積極性，實驗內容的精心設計解決了硬件實驗課程教學缺乏系統(tǒng)性的問題，同時，教師在實驗教學過程中應用摸索總結了多種適用的實驗教學方法，結合綜合考核與測試制度，通過鏈條式教育，強化學生做中學并掌握相關知識與技能，更深層次、更大范圍地激發(fā)和挖掘學生的潛能，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的人才。在本書的編寫及實驗教學中，湖南大學信息科學與工程學院的李仁發(fā)教授、徐成教授及信息技術實驗室的老師們給予了極大的幫助和支持。李仁發(fā)教授任院長期間大力支持硬件技術實驗教學改革。徐成教授設計了DDA系列數(shù)字系統(tǒng)實驗平臺并提供了實驗平臺資料。劉三一、錢彭飛老師設計了HBE硬件基礎電路實驗箱和低頻電路實驗箱并提供了實驗平臺資料。在此，編者對他們表示衷心的感謝。如果您對本書有任何疑問或希望獲取相關幫助，可以通過以下方式聯(lián)系到我們：fangkq601@sina.com。由于編者水平有限，書中難免存在不足，敬請各位讀者批評指正。
編者2016年10月