Програмний емулятор навчальної моделі цифрового процесора

Анотація

     В роботі розглянуто проблеми організації практичних та лабораторних робіт в освітньому процесі у вищих навчальних закладах України в умовах проведення дистанційних занять. Причиною цих проблем є відсутність в нинішніх умовах можливості проведення аудиторних занять з використанням відповідного наочного обладнання та лабораторного устаткування. Як один із можливих методів вирішення цього питання розглядається розробка і створення програмних емуляторів та інтерактивних навчальних додатків.

     Метою роботи є покращення якості освітнього процесу при вивченні основ мікропроцесорної техніки за рахунок розробки і використання комп’ютерної моделі навчального процесора.

     В статті проведено короткий огляд та аналіз існуючих зразків програмних емуляторів цифрових процесорів, що працюють самостійно або у складі інтегрованих середовищ для розробки програмного забезпечення, визначено їх недоліки відносно використання в навчальному процесі, запропоновано новий підхід щодо дизайну та програмної реалізації, сформульовано основні технічні вимоги до комп’ютерної моделі. Розглянуто структуру створеного програмного додатку та його користувацький інтерфейс, описано особливості програмної реалізації. Головною відмінністю створеного емулятора від існуючих аналогів є розширене графічне представлення внутрішньої будови процесора, а також анімаційна індикація сигналів і процесів, що протікають під час його роботи.

     Програмно реалізована комп’ютерна модель дозволяє виконувати розміщену у віртуальній пам’яті програму у одному із трьох режимів. Перший  режим забезпечує покрокове виконання команд, наочно демонструючи за допомогою графічних засобів формування внутрішніх сигналів управління процесором та зміну станів його окремих вузлів протягом всього машинного циклу. Другий режим дозволяє поступово виконувати програму по одній команді, відображаючи стан процесора лише після завершення виконання кожної команди. Третій режим призначений для автоматичного безперервного виконання програми із попередньо встановленою швидкістю.

     Також наведено результати тестування та пробної експлуатації створеного програмного емулятора в умовах дистанційного навчання на факультеті комп’ютерних наук Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна.

     Підведено підсумки та розглянуто перспективи подальшого вдосконалення і розширення можливостей використання даної моделі у навчальному процесі.