浅析EDA技术在计算机硬件设计中的应用

摘要：EDA（电子设计自动化）是依托电子信息工程和计算机互联网发展而来的一种新型技术，在我们的日常生活和工作中有着广泛的应用。随着计算机应用技术日趋成熟和完善，人们对于计算机系统的稳定性和功能的多样性提出了更高要求，优化计算机硬件设计成为关系到计算机行业发展的关键性因素。将EDA技术应用到计算机硬件设计中，能够凭借EDA技术的高可靠性、高设计速度以及短设计周期等优势，满足计算机行业发展的需要，具有广阔的应用价值。

关键词：EDA技术 计算机硬件 存在问题 优化措施

一、EDA技术的基本特征研究

现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力，具有开放式的实际环境以及丰富的元器件模型库等；硬件描述语言输入是EDA系统的主要输入方式，由于现代社会电子系统规模日渐增大，硬件描述语言输入逐步取代了之前传统的原理图输入设计方法，其优势在于能够进行逻辑综合优化，使设计者在比较抽象的层次上对设计的结构和内部特征进行描述。

二、传统计算机硬件设计存在的问题

（一）硬件设备短缺，开发周期较长

早期的计算机由于工作环境、硬件材料等方面因素的影响，随着时间的延长，计算机硬件设备的损耗量相对较大。为了保证计算机硬件设备正常运转，管理人员不得不花费较多的人力、物力和财力进行修复和管理。同时，受当时技术水平的制约，计算机硬件设备的开发周期较长，而对于相关专业的任课教师来说，从理论知识的学习到最终熟练进行知识的讲解，中间还需要经历长时间的计算机硬件设计分析和试验，因此，计算机硬件设备的周期非常漫长。而对于高校的计算机实验室来说，如果坚持与时俱进的进行计算机硬件设备更新换代，虽然能够保证各项计算机教学试验正常开展，但是高频率的计算机硬件设备更新必然会造成较大的经济压力，不利于高校的综合性建设；而如果长时间不进行计算机硬件设备的更新，又起不到教学应有的效果。

（二）硬件与试验脱节且不够系统化

计算机专业的硬件类课程是一门实用性很强的学科，学生不仅要掌握计算机系统设计的基本方法和理论知识，而且要学会计算机系统的设计技术和计算机的控制运用。但是从现阶段高校计算机硬件设计教学来看，许多高校专业教师仍然没有从根本上转变教学方法，课堂理论知识讲解的比重过高，学生独立思考和独立设计的时间偏少，由此导致计算机硬件的理论教学与实践相脱节。除此之外，即便是在教师的带领下开展了计算机硬件实验课程，由于缺乏规范化的组织和系统化的安排，学生的自主动手和实验能力也得不到有效的发挥，多数情况下只能按照教师所讲解的内容进行模仿设计，学生计算机应用能力和硬件设计能力没有得到真正的提高。

（三）教学内容相对固定，缺乏创新性实验

计算机硬件设备的设计要满足与当前社会的发展需要，这就要求其设计理念必须紧跟市场发展形势，不断的进行自我更新和完善。但是作为高校的一门学科，计算机硬件设计要受到多种因素的制约，例如其硬件开发不仅受高校实验室硬件设备的影响，还与实验人员的整体素质有关。而有些高校为了降低计算机硬件设计的开发成本，对某个实验室的设计功能进行了限定，这种方法虽然能够降低硬件设计成本，但是不利于实验室功能的延伸，并且专用实验台的故障率较高，后期投入维修的花费也大。因此，计算机硬件教学内容难以实现与时俱进的更新，缺乏创新意识，是制约其硬件设计的主要根源。

三、基本设计思想和EDA技术

开发利用EDA平台进行计算机系统部件及主机系统设计，其实质是利用运行在计算机上软件所提供的虚拟实验环境，设计人员利用该系统所提供的各种元器件和芯片仿真模型，根据实验需要设计逻辑电路，进行系统布线和调试运行。由于整个实验过程都是在虚拟环境下进行，因此可以反复操作和多参数调控，而不必担心系统设计的成本问题。同时，设计者还能随时进行存档，将当前设计的系统、线路进行保存，并在再次使用时随时调用。在此基础上，可以针对自己设计出的部件及系统进行编译、模拟仿真测试，以验证自己逻辑设计的正确性。课程设计结束后，可以将存储的设计图及结果提交给检查者。使用EDA技术，解决微指令时序控制时逻辑与非门电路比较复杂的问题：时序设计分一个周期完成一条机器指令或是二个周期完成一条机器指令，对于后者，时序控制逻辑就比较复杂。

四、基于EDA技术开展计算机硬件的优势

（一）提高学生自主学习能力，丰富课程内容

EDA技术的优势之一在于其应用范围的广泛性，在电子信息工程专业和计算机技术专业专业领域内，学生都需要进行不同深度的EDA课程学习。同时，EDA技术还是一门辅助教学能力较强的课程，学生在掌握基础的理论知识和熟练的EDA技术操作后，能够为继续进行相关方面的专业学习提供极大便利。例如，EDA技术要求学生动手进行线路设计和按照操作，对于提升学生的动手操作能力和团队合作能力有积极帮助。而今后学生在学习系统编程时，也离不开这两种能力。因此可以说，EDA技术对于丰富学生专业课程内容，提高学生自主学习能力有极大的帮助。

（二）弥补条件的不足，节约课程投入

以往的电子相关课程以理论讲解为主，学生虽然有机会参与到实践操作中，但是许多技术方面的问题得不到及r解决，容易影响下一步的知识学习。而EDA技术则能够在很大程度上避免类似问题：首先，EDA技术以计算机和电子技术为支撑，学生在教师讲解完相关的课堂知识后，能够立即在计算机上完成实践联系，包括设计电路、调整参数、系统运行以及模型分析等。其次，利用计算机上的这些仿真软件，能够随时进行设计修改和多参数调试运行，而不用担心成本问题。而在以往的实验室操作教学中，如果学生操作不当，很容易出现器材损坏、元器件丢失等问题，给实验室造成一定的经济损失。因此，EDA技术的使用，间接的节省了实验开发成本。

参考文献：

[1]易小琳，胡林青.计算机组成原理实践教程―基于EDA平台[M].航空航天大学出版社，2006.

[2]刘文英，李克文，纪友芳.基于EDA技术的计算机硬件体系实践探索[J].计算机教育，2008，（14）.

（作者单位：吉林交通职业技术学院）