计算机的组成教学设计篇1

摘要：“计算机组成原理”课程教学历来是计算机专业教学中的重点，本文分析了“计算机组成原理”课程的定位和特点，提出了一种从整体功能推进到局部组成、从微观实现抽象到宏观结构的层次化教学内容设计模式，探讨了“计算机组成原理”教学与学生能力培养之间的关系，探索并实践了一种研究性的教学方法。实践证明，这样的方法也的确收到了良好的效果。

关键词：计算机组成原理；课程改革；教学方法；实践

中图分类号：G642

文献标识码：B

1引言

“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业的核心课程，该课程以冯・诺依曼模型为起点，系统地讲述了计算机内部结构、功能部件、功能特征、工作原理、交互方式和基本设计方法[1]。在教授这门课程的过程中，我们通过课堂讲授、课程实验、课程设计相结合的方式，使学生系统地理解计算机硬件系统的组织结构与工作原理，掌握计算机硬件系统的基本分析与设计方法，为他们进一步学习计算机系统结构、操作系统等后续课程，全面培养计算机硬件系统认知、设计与创新能力奠定良好的基础。

“计算机组成原理”课程是计算机专业本科阶段一门极其重要的课程，也是一门教学内容多、学习难度大的课程[2]。目前国内外出版的相关教材不少，其中不乏较优秀的教材，但由于教材容量的限制和文字叙述方式的特点，我们很难凭借单本教材就能实现既能从全局或宏观的角度掌握计算机硬件系统的整体结构和工作原理，又能从局部或微观的角度理解计算机各个部件的工作过程和交互方式的教学目标。因此，研究并实践一种有效的教学模式，对帮助学生从微观层面掌握本课程知识单元、从宏观层面建立该课程知识体系，进而培养学生关于计算机硬件系统的认知能力、设计能力和创新能力，具有重要的作用。

2教学内容设计

我们系统地分析了卡耐基梅隆大学、麻省理工学院、普林斯顿大学、清华大学、北京大学等20余所国内外著名大学同类课程的教学内容和展现方式。国内外高校在课程的教学内容上差别基本不大(如表1所示)，但在内容的组织和知识的层次化推进方面存在一定的差别。

表1几所国外大学计算机组成课程教学内容分布

“计算机组成原理”课程教学过程中，应尽快建立计算机的整体概念，让学生清晰地了解所学内容在课程知识结构中的位置以及和其他部分之间的关系[2,3]，并合理组织课程知识点的展现结构，使学生对所学内容具有清晰的脉络和思路，这对学生全面地掌握本课程的知识具有十分重要的作用。

我们基于对国内外“计算机组成原理”课程教学体系的分析，从知识与能力两个层次，课堂与实验两个环节对“计算机组成原理”课程与实验体系进行了详细设计，基于自顶向下的教学思路，建立了一种从整体功能推进到局部组成、从微观实现抽象到宏观结构的层次化课程内容设计模式。首先，从问题出发。设想人类寻求一种可以代替人完成复杂计算的机器装置的功能需求，带领学生分析归纳计算机的功能模型，基于一定的技术条件带领学生分析总结实现该计算机功能模型的组成、结构以及其基本的工作方式，使学生初步建立计算机的整体概念。然后按照这样一种分析问题、探讨解决思路、总结功能特征、介绍设计与实现细节的教学内容展开模式，分别对存储系统、计算单元、控制单元和输入输出系统的教学内容进行设计，贯彻局部组成体现整体功能、微观实现体系宏观结构的教学内容设计思路，同时突出“功能分析”和“结构设计”两条主线。内容组织上，在对计算机各组成部分的功能需求分析的前提下，重点强调实现这些功能需求的组成部件的结构设计过程和特征。

3课程的能力培养

“计算机组成原理”课程的教学内容不仅仅是要传授有关硬件设计的课本知识，更重要的是重视理论知识与实践过程的结合，将知识综合灵活运用，重视学生综合能力和创新能力的训练和培养[4]。本课程着重培养学生关于计算机硬件系统方面的三种能力：即计算机硬件系统的认知能力、设计能力与创新能力。

“计算机组成原理”课程主要通过对计算机各功能部件的组成及运行原理的分析、讲解和配套实验，培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。课程通过数据的机器表示、运算方法及运算部件的组成等知识点的讲解和实验，使学生掌握计算机的运算特征；通过指令系统的相关知识，使学生掌握计算机系统汇编级的结构特征和基本操作描述方法；通过存储系统的详细讲解和实验，使学生能从容量、速度和成本的角度理解多层次存储系统的组织结构和工作原理；通过CPU及控制单元的功能和结构的详细分析，结合指令执行控制的深入讲解和实验，使学生理解计算机系统指令执行的实质和控制单元的基本实现方法；通过总线、输入输出接口及外部设备等知识的讲解，使学生了解计算机系统内部、计算机系统与外部的交互方式。

在培养学生对计算机硬件的系统级认知能力的基础上，我们通过对运算部件、存储系统、指令系统、控制单元、整机硬件系统的设计方法等知识的讲解，结合相应设计实验，培养学生对计算机硬件系统的理解和设计能力。在设计能力培养的具体方式上，可通过课堂讲授、课后练习、配套实验等形式分层次实现。如课堂讲授可重点介绍系统和部件的设计方法和设计过程等内容；课后练习可进行框架性设计；配套实验可围绕规范、典型的模型系统，从功能部件的实现开始，直至最终设计出一台具备基本运算能力和存储能力、支持有限指令集的计算机设备。从而达到验证功能部件和系统的功能，掌握必要的硬件描述语言、设计工具及仿真环境，体验计算机硬件系统的设计过程，掌握相关硬件设计技术与方法等目的。

课堂教学和实验应努力为培养学生的创新意识和创新能力打下基础，课程在培养学生认知和设计能力的基础上，可通过计算机硬件系统不同阶段面临的问题及其技术发展的分析和探讨，体会在特定的技术条件下的创新思维；针对计算机硬件系统面临的新问题和新需求，结合新技术的介绍大胆畅想未来的技术发展趋势，引领学生突破思维定势，以此培养学生的创新意识。进一步可通过集成计算机组成原理、操作系统、编译技术等课程知识内容的综合课程设计，培养学生的基本创新能力。

4教学方法实践

计算机的组成教学设计篇2

【关键词】多媒体；教学设计；目标任务；情境创设；活动组织

以“学”为中心的教学系统设计是进入九十年代以后随着多媒体和网络技术的日益普及（特别是基于Internet的教育网络的广泛应用）以及建构主义的学习理论被人们所理解才逐渐发展起来的。建构主义理论强调人类的知识不是纯客观的；不是他人传授的而是自己建构的；不是独自形成的而是在与外部环境的交互过程中形成的。认为教学要以学生为中心，要给学生控制和管理自己学习的权利和机会。教学设计者的主要任务是学习环境和自主学习策略的设计，学生是学习环境的主人，教师只是学生的辅导者。目前这类教学设计理论的研究重点主要放在对建构主义学习环境的分析、构造自主学习策略方面。因此，被称为以学生为中心的教学设计。

当前，多媒体教室在高校已经普及，教师在基于多媒体环境下怎么样来开展教学，尤其以突出培养动手能力为特点的高职院校，又该怎样有针对性的开展一些基础课程教学，突显高职本色的多媒体环境教学，成为了众多教师探讨的话题。本文依据由西南交通大学出版社出版的校本教材《计算机组装与维护》，针对高职高专学生的培养要求，系统结合现代教育技术，清晰勾勒出基于多媒体环境下的教学设计案例。

一、学习目标与任务

对整门课程及各教学单元进行教学目标分析，以确定当前所学知识的“主题”。它包括：

1、学习目标描述

认知目标：认识计算机组成的各个组成部分及其作用；在教师的指导下能够亲自动手组装计算机；能够按照要求，通过邮箱提交DIY计算机的配置方案，并能简单说明配置理由。

技能目标：培养学生的计算机原理掌握能力与组装计算机的实践动手能力。

情感目标：激发学生学习计算机技术的兴趣与积极性；培养学生组装计算机与评价所装计算机的整机性能的能力；培养学生之间合作交流的习惯；培养学生团队协作能力。

信息素养：培养学生借助媒体、网络资源辅助学习的能力；培养学生对计算机硬件组成部分的分析评价能力。

2、学习内容与学习任务说明

《计算机组装与维护》一书，是由学院自编并由西安交通大学出版社出版，针对职教院校学生使用，学院建有“组装与维护实验室”，提供各类计算机配件，供学生动手组装并通电检测结果。本设计学习的主要内容是认识计算机的基本组成部分及其作用。在本设计中，学生通过观看教学演示、小组讨论、动手组装电脑以及对配置的计算机方案的填写和评价，运用已有知识和硬件网站资源对计算机配置方案进行分析，得出有关计算机性能的评价方案。

二、学习者特征分析

学生是五年制高职以及三年制高职学生，经过以往计算机基础文化知识的学习积累和长期媒体、网络资源的自主性学习，对计算机的各个组成部分已有初步的认识，能自己上网查找相关计算机硬件，并对资料进行分类整理，具有较高的计算机基本操作能力。学生的年龄在16-20岁之间，动手能力强，具有一定的选择探究能力。学生对于网上收集资源，动手操作，分析自己的劳动成果非常感兴趣。

三、学习情境创设

学习情境设计一是通过多媒体教室环境，演示该多媒体教学光盘、计算机操作基础课件中涉及的理论知识，引出并讲解新课内容。二是教师当面拆开一台电脑的主机，吸引学生的注意力，并对所讲理论知识进行演示、验证。三是在展示并介绍电脑的各个组成部分时，引出本课实践性教学任务。四是学生分组动手装机，并在老师的指导下，通电验证安装成功，以增强信心。五是采用分组协同学习方式，由小组间进行评价辩论，以激发学生学习的积极性和兴趣。六是分组完成装机方案的设计，并准备好采用该方案的理由。

四、学习环境选择与学习资源设计

确定学习本主题所需信息资源的种类和每种资源在学习本主题过程中所起的作用。对于应从何处获取有关的信息资源及如何有效的利用这些资源，如果学生确实有困难，教师应给予适当的帮助。

各类课件：指自行开发的计算机组装与维护多媒体教学光盘、计算机操作基础课程课件等。

计算机配件及工具：计算机组装实验室提供的计算机配件、工具，专业网站：中关村在线：(zj.zol.com.cn/)，太平洋电脑网：(pconline.com.cn)。提供电脑各配件的性能测试及计算机配置方案评价，它的自助装机板块非常有利于学生填写计算机配置方案。多媒体资源库：包括光盘、计算机各种配件的图解，详细参数等。网络课程：开发网络课程以利于学生在线上传作业，发表学习心得及评论。

五、学习活动组织

根据所选择的不同教学方法，对学生的自主学习作不同的设计。不管采用何种教学方法，在“自主学习设计”中均应充分体现以学生为中心的三个要素，即发挥学生的首创精神、知识外化和实现自我反馈。

六、学习评价设计

学习效果评价包括小组对个人的评价和学生个人的自我评价。评价内容主要围绕个体自主学习能力、协作学习过程中做出的贡献、是否达到意义建构的要求三个方面进行。应尽可能设计出使学生不感到任何压力、又能客观准确地反映出每个学生学习效果的评价方法。1、测试形式与工具；2、测试内容：动手组装电脑的速度与装机心得体会；按要求完成装机配置方案；各小组的代表陈述的装机配置方案理由。

根据小组评价和自我评价的结果，应为学生设计出一套可供选择并有一定针对性的补充学习材料和强化练习。这类材料和练习应经过精心的挑选，既要反映基本概念、基本原理，又要能适应不同学生的要求，以便通过强化练习纠正原有的错误理解或片面认识，最终达到符合要求的意义建构。

计算机的组成教学设计篇3

关键词：计算机组装与维护；教学改革；团队协作

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）01-0119-03

随着计算机科技技术日新月异的飞速发展，个人计算机在我们大众生活中日益普及，给我们生活带来了很大的便利和巨大的作用。但随之而来也会出现各种各样问题，例如：计算机软硬件系统在兼容性上会出现不同的问题；以及计算机网络的广泛应用，每天要面临着计算机病毒和系统漏洞的威胁。虽然同学们可以在计算机上进行基本的操作和编写初步程序，但是当面临这些软硬件系统的故障时，由于缺少具体的实践机会和实际维修经验，他们显得茫然失措，各种问题随之而来[1-4]。

《计算机组装与维护》（简称《组装》）在我校是《大学计算机基础》基础必修课之后开设的一门旨在进一步提高学生计算机素养的素质教育选修课，该课程是《大学计算机基础》必修课的重要衔接和补充。本门课程的学时数为36学时，授课对象主要是面向全校选修过大学计算机基础课程的同学。通过本门课程的学习，学生可以系统地掌握计算机的硬件组装、软件安装、系统维护，并具备对微机常见故障诊断与维修的能力。该课程的特点是门槛较低，实践性强，更新速度快，涉及面广，可延展性强。然而在目前传统的教学模式下，由于受计算机组装与维护实验环境的限制，学生缺少的具体实践机会，教学效果不是很好，并不能很好地培养学生的创新实践能力，满足不了社会对综合性实用人才的需要[5-7]。

1目前教学现状与存在的问题

传统的《组装》教学模式和方法由于缺乏硬件设备的支持，往往偏重理论知识的系统介绍，对器件的发展构造、原理用途等进行枯燥地阐述，理论教学和实践教学脱节，无法提升学生的学习兴趣，也不能真正培养学生的实际动手能力[5-7]。为了保证教学效果，本门课程如果采用理论和实践的教学模式，需要配套建立组装与维护实验室。因为计算机组装与实验机房的建设对设备材料的要求比较高，为了保证教学效果，需要提供大量的设备。而计算机硬件设备经过反复拆装，设备的故障率比较高，实验室管理工作量很大。因此在一般的高校里面，按照“理论+实践”这种教学模式开设本门课程，还不是很多。

各种新技术的出现，加速了计算机的硬件设备和软件系统的更新速度，而随计算机设备更新配套的教材和资源库的建设相对滞后很多[8]。现有的教材和资料知识体系相对陈旧，类似于视频文件形式的其他多媒体教学资源不是很充足和新颖，因此展现给学生的信息量不是很丰富和生动，难以提高学生的学习积极性。同时，学生的兴趣、基础知识、操作技能差别很大，如何针对这种差异性，采用何种教学手段提高教学效果，是授课老师面临着的重要挑战。

2教学模式改革探讨

2.1教学方式改革

针对传统教学模式的弊端，我们提出“理论+实践”的教学模式：以互动教学为理念，网络教学为辅助，项目驱动教学为线索，团队协作精神为灵魂。首先利用基础中心已有资源，进行优化再利用，实现了教学资源的整合与共享，组建计算机组装与维护实验室，分为硬件拆装区和系统安装区，为教学模式的开展提供场地保障。在教学方式上，我们尝试互动教学方式，改变传统教学方式上学生被动的地位。教师主要是设计和控制教学过程，提供学习建议和指导。根据所面向学生的不同特点和专业要求，以及针对不同的教学内容采用不同的组织方式：对理论性较强的内容以课堂教学为主；对实践性强的部分，采用动手操作实验方式；对知识性方面的内容以学生自学为主，同时让学生充分利用网络资源进行启发式、讨论式、研究式的自主学习，在教学中给学生提供多样化的探索空间，鼓励他们进行个性化发展。这样学生从理解和接受式的被动学习转变成探索和研究式的自主学习。

2.2教学内容改革

课程改革的核心是课程体系之组织与安排，我们采用基于项目驱动教学法对《计算机组装与维护》课程教学体系进行改革，以具体的实验项目为载体，把所有相关的教学内容融入到四个教学情境中：计算机拆卸与组装、计算机选型与配置、计算机系统安装备份及优化配置、计算机维护与维修，然后按照这条主线细分为12个项目，具体内容如表1所示。按照学生对计算机的一般认识规律，引导学生完成项目实施的全过程。

在项目1的“课程开篇导读”模块中，教师首先介绍组装课程的整体规划与进度安排，让同学们对课程有个整体认识与了解，随后参观计算机硬件配件的展示区，学习计算机发展史，增强学习本门课程的兴趣。在互动教学模式下，学生填写计算机组装课程学习调查表，反馈计算机基础知识背景，最想学习的知识和最喜欢的教学模式等内容，增强师生互动，拉近师生距离，这样为后期的因材施教和课程项目调整提前做好准备。项目3的“微型计算机硬件部件市场调研”的亮点是：调动学生积极性参加市场调查和社会实践，跟踪计算机的软硬件市场最新行情，从市场中学习，从实践中学习。学生首先在网上了解计算机整件和散件市场行情，熟悉计算机各个部件的性能指标，然后到周边的电脑市场做社会实践调查，了解计算机配件的最新产品和采用的最新技术，回来以后做总结，写成社会实践报告。在适当的时候，给同学提供发言机会，交流他们的心得体会。通过这种形式，让学生了解最新的计算机主流硬件技术发展方向和技术指标，满足社会对综合性实用人才培养的需要。其他的实验项目的设计按照由浅入深、循序渐进和前后照应的思路，让学生逐步提升他们分析问题和解决问题的能力，逐步提高他们的综合素质。

2.3实践教学过程改革，分层次和分组教学

由于本门课程是全校公选课，不同专业和年级的学生都可以选修本门课程。同学们对计算机知识掌握的程度参差不齐，起点不一样，差别很大，如果按照统一的模式教学，将不能适应这种教学情况。因此在本门课程，采取分层次教学。对于高起点的学生，按照创新人才培养培养模式，对学生的要求较高一点，鼓励他们多参加社会实践，学会解决多种情况下的计算机软硬件故障。部分同学自发组成电脑维修小组，利用课余时间免费为别人维修电脑，通过理论联系实际，让他们在实践中了解新问题，培养他们独立解决实际问题的能力。而对于底起点的学生，要求稍微低点，主要要求他们掌握基本的知识，在社会实践中主要参与回答电脑咨询和市场行情调查相关事宜，提高他们参与活动的积极性。

实验环节，由于需要指导学生拆装电脑，如果学生的人数过多，老师往往指导不过来，教学效果达不到要求。针对这种情况，充分发挥优秀同学的积极性，让他们竞选组长，采取组长负责制，然后按照不同的专业和层次的组队原则，分成不同小组，每组4人，团队协作完成实验项目，加强了团队协作和创新实践能力的培养。学生在本门课程学习的过程中，学会与人相处，取长补短，在分工合作中培养了团队意识。通过团队成员的帮传代作用，在潜移默化的过程中，逐步提高计算机操作水平。为了提高他们学习和参与的积极性，在组装计算机软硬件的过程中，可以根据具体实验项目安排小组之间竞赛，丰富了课堂教学环节。这样，不仅培养学生的团结协作能力，同时使每个个体得到充分发展。

2.4考核模式改革

传统的教学考核模式主要以期末卷面考试为主，考核的是计算机软、硬件的基本概念，不能考核学生的综合素质。因此，我们把这门课程定位考查课，改变传统的考核模式，既不同于期末一次性纸质考试，也不同于大作业的提交，而是采用过程考核模式，从课程初始阶段即明确课程学习所需完成的任务，形式灵活多样，如实验报告、市场调研、分组讨论、成果展示、课程答辩等等。

本课程实践性、操作性强，因此取消了理论考试，突出在实践中学习，在实践中考核，培养学生解决实际问题的能力，与此相关，制定出相应的考试标准。具体的考核模式为：通过期末考查，结合平时作业和实验作业来综合评定学生的成绩。期末考查：通过综合能力考核与测试，记录学生的综合成绩，成绩占50%，要求学生当场提交实验结果。平时成绩占50%，主要依据为平时作业及平时考勤。平时上课时，教师应认真检查和记录，给出科学合理的平时成绩。平时的实验项目以案例驱动为主进行设计，在完成实验项目以后，提交实验结果和实验报告。对于综合性的实验项目，采用现场考核模式，计入平时成绩。这样以来，学生的兴趣提高，课堂出勤率高，完成实验的认真程度很高，期末提交作品的质量很高。

3结束语

本门课程是我校于2009年新开设的一门素质教育选修课，经过多年的课程建设和教学改革实践，深受同学们的重视和欢迎，形成了“抢选”、“旁听”等热烈的教学效果。通过以上教学模式改革与实践，学生上课的热情高涨、气氛活跃、兴趣浓厚、积极回答问题，出勤率提高；在实践教学环节，学生积极思考、善于发现问题和解决问题，在提高动手实践能力的同时，加强了与人相处和团队协作能力的培养，效果很好。当然，教学过程中还有许多新的问题需要解决，例如硬件拆装的计算机主要是台式计算机，设备的配置相对过时；随着笔记本电脑在大量普及，学生渴望了解关于笔记本电脑方面的更多知识。针对这种情况，在以后的教学中继续不断总结经验，不断提高学生解决实际问题的能力。

参考文献：

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[2]张世伟.浅谈计算机组装与维护课的教学模式[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2007.

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[4]张错玲，张佑生，张健.《计算机组装与维护》教学改革的收获与体会[J].中国科技信息，2010（1）.

[5]张晶，李心广，王金矿.全校性选修课计算机组装与维护的教学改革[J].科教文汇（下旬刊），2008（5）.

[6]陶建平.“计算机组装与维护”实验内容和考核方式的改革[J].计算机教育，2008（19）.

计算机的组成教学设计篇4

中图分类号：G642

摘要：根据国内外计算机硬件类实践课程教育的现状，分析传统计算机组成原理实验课程教学中的弊端，介绍南京大学计算机系对此门实验课的教学安排，从知识准备、具体实验内容设置和教学组织形式等方面，全面介绍计算机组成原理实验课程的内容和教学方式，并对教学效果进行总结。

关键词：计算机组成原理；CPU；FPGA；单周期；多周期

1课程设计初衷

计算机组成原理是计算机专业重要的核心课程，在计算机专业的整个课程体系中起着承上启下的作用。熟练掌握计算机的结构和工作过程，不仅为计算机硬件的学习和研究打下基础，对从事软件工作的人也大有益处。

近年来，南京大学计算机系对国际一流大学计算机专业的相关课程进行了详尽的跟踪调研，调研结果表明，计算机组成原理实验课程设置一般都有两个不同的角度：一个是偏重软件的程序员角度，另一个是偏重硬件的硬件设计人员角度。偏重软件的实验课程一般是用高级语言和模拟器实现CPU，使学生能够更好地理解计算机底层的系统结构，提高程序编写和调试能力。偏重硬件的课程一般要求学生利用硬件描述语言，在FPGA上设计一个处理器系统。

国内传统的计算机组成原理实验的教学方式是做验证性实验，在固定的实验箱上，通过插拔一些连线，拨动部分开关和编制微程序等方式，和固定的硬件系统进行交互，从而了解计算机的内部结构。这一实验形式无法让学生深入理解计算机各个部件的具体硬件结构，也不能使学生很好地理解计算机底层的结构和系统软件之间的关系，更不能培养学生利用现代化的工具设计计算机硬件系统的能力。鉴于这些传统教学的弊端，国内部分高校在课程设置和教学内容上都开始借鉴国外一流大学计算机专业的做法，一部分高校已经率先利用EDA技术在FPGA上进行计算机单元部件的设计、并以系统搭建的形式来组织计算机组成原理的实验教学。南京大学计算机系从2007年开始了这一教学形式的尝试，经过几年的探索，已经形成了相对稳定的计算机组成原理实验课程的教学模式和教学内容。

2课程知识准备

利用EDA技术在FPGA上实现一个处理器，需要学生有一定的知识准备。首先，计算机系在数字逻辑电路实验课程中，利用EDA技术在FPGA上进行数字逻辑单元电路的设计和简单数字系统的设计。其次，在计算机组成与系统结构课程中，学生深入学习MIPS体系结构的指令系统，单周期、多周期以及流水线结构CPU的数据通路。计算机组成原理实验课程在这些课程的基础上，从设计CPU内部的单元电路开始，逐步进行MIPS体系结构的完整CPU的设计。

3课程设置

课程内容的安排主要分为3大部分：部件级实验、简单CPU实验和大型作业。

3.1部件级实验

在CPU的硬件电路设计中，涉及许多简单的单元电路，如选择器、译码器、触发器等，这些内容在数字逻辑电路实验课程中已经很熟悉了，在本实验课程中，主要是安排CPU内部其他重要的功能独立部件的设计，如存储器、寄存器组、桶形移位器和ALU等。

3.1.1存储器的设计及测试

存储器是计算机系统的重要组成部分，用于存储指令和数据。指令存储器和数据存储器可以分开设计，也可以只设计一个既存储指令又存储数据的存储器。存储器有读和写两个端口，读存储器时，可以使用时钟进行触发，也可以不使用时钟进行触发。写存储器时，一定需要有时钟进行触发才能将数据写入存储器中，时钟的上升沿和下降沿都可以触发存储器的写操作。

存储器实验的主要内容，是让学生掌握存储器的接口及控制信号的功能和使用，学会各种存储器的设计及测试，特别要掌握存储器的工作时序，这在单周期CPU设计时特别重要。单周期CPU需要在一个时钟周期内完成一整条指令的执行，而在这一个时钟周期内，CPU有可能会两次访问存储器——读指令和存储数据，如果存储器设计不合理，在一个时钟周期内是无法完成一条指令的。对于多周期和流水线CPU，一条指令需要多个时钟周期才能完成，对存储器时序的要求相对小一些，这时可以灵活应用方便读写的存储器结构。

3.1.2寄存器组的设计

寄存器是CPU内部暂存数据的空间，速度最快，使用也最为频繁。MIPS体系结构的CPU内部寄存器，是一组由32个32位的寄存器组成的通用寄存器组。仅从寄存器组的外部特性来看，MIPS结构的寄存器组由无差别的32个32位寄存器组成，任何条件下均可访问寄存器组中的任意寄存器。但是，为了简化CPU的结构，MIPS体系结构寄存器组的0号寄存器的值被设置为恒“0”，只能读出，不能写入。

MIPS指令集中一条指令（R型）最多同时对三个寄存器进行操作：两个源寄存器和一个目的寄存器。R型指令执行过程中，需要读出两个源地址寄存器中的内容，经过运算后再写入目的地址指定的寄存器，由此可以得出MIPS体系结构的寄存器组至少需要两个输出端口和一个输入端口。32位宽的寄存器是由4个字节组成的，寄存器组可以仅对某个寄存器的某个字节进行写操作，因此寄存器组还需要一个4位的写使能控制端，分别用于控制4个字节的写操作。

3.1.3桶形移位器

在MIPS的指令集中，有一些移位指令，要求对某寄存器中的数据一次性移动数位。如果用移位寄存器来完成这一移位操作，就需要多个移位周期才能完成一条移位指令，工作效率太低，显然不能满足快速CPU的要求。

桶形移位器是一个组合逻辑电路，移位位数可以在0～31位之间自由设置，移位方式有逻辑左移、逻辑右移、算术右移和循环右移4种。因此，桶形移位器的输入端有32位的待移位数据输入端、5位移位位数输入端和2位移位方式控制端；桶形移位器输出一个已经经过移位的32位数据。

3.1.4ALU设计

ALU是CPU中负责运算的电路，通常ALU只实现算术运算和逻辑运算，但是，MIPS指令系统要求一些特殊指令也在ALU中完成，如LUI（置高位立即数）、SEB（字节扩展）、SEH（半字扩展）、SLT（比较置数）、CLZ（计算前导0）和CLO（计算前导1）等。经过对MIPS指令系统进行详细的分析，MIPS体系结构的ALU要执行15种不同的运算，ALU具体的操作及编码如表1所示。此外，为了简化后续电路和扩展CPU功能，在ALU电路设计时，其输出端也产生和保留了一些通常ALU没有保留的信号，如溢出信号、进位信号和是否小于信号等。

3.2简单CPU设计实验

3.2.1单周期CPU设计实验

所谓单周期CPU，是指所有的指令都在一个时钟周期内完成的CPU结构，单周期CPU的指令执行过程和硬件结构都相对简单。理解单周期CPU的工作和设计原理，对于理解多周期CPU和流水线CPU都有很大帮助，因此，学习设计CPU从单周期CPU人手是非常合适的。

该实验要求完成一个单周期CPU的设计，此CPU能完成表2中的指令，这些指令包含R型指令、I型指令和J型指令，为了使单周期CPU的结构相对简单，实验中没有加上移位指令和存储指令。

处理器的设计涉及数据通路的实现与控制逻辑的设计，能够执行以上16条指令的单周期CPU的数据通路如图1所示。

3.2.2多周期CPU设计实验

单周期CPU的指令周期长度，必须满足执行时间最长的指令周期长度。实际上，大部分的指令执行周期都很短，这就导致了单周期CPU的效率低下。多周期CPU是将每条指令分成几个时间相同的执行阶段，每个阶段执行特定的操作，执行时间长的指令就执行多个周期，执行时间短的指令就使用相对少的几个周期，这样就提高了指令执行的效率。

多周期CPU除了要完成上述所有单周期CPU需要执行的指令外，还增加了表3中的4条指令，这些指令包括逻辑移位指令和存储器访问指令。

观察多周期CPU可执行的指令，它比单周期CPU可执行的指令多了逻辑移位指令和存储访问指令，因此，多周期CPU在结构上比单周期CPU多了桶形移位器和数据存储器。另外，多周期CPU执行一条指令时需要多个时钟周期，只有在指令的运算周期，才会用到ALU，在其他周期ALU是空闲的。为了简化硬件结构，在ALU空闲期间可以用它来计算下一条指令的地址，这样用于计算下条指令地址的加法器就省略了。和单周期CPU相比，多周期CPU的控制信号也相应的有所增加，多周期CPU的结构图如图2所示。

3.3大型作业

进行了单周期CPU和多周期CPU的设计训练之后，同学们具备了一定的CPU设计基础，有了设计相对复杂的CPU的知识储备。在学期的后半段，我们会布置大型课程设计作业，作业内容包括MIPS体系结构5级流水线CPU的设计，或是ARM体系结构CPU的设计，我们也鼓励同学们自己设计指令系统，并能够设计出可以执行这些指令的CPU。

大型作业要求同学们分组完成，每组2～4名同学分工合作，这样既减轻了他们的工作量，又锻炼了他们协同合作的能力。

4教学效果

自2008年秋季学期开始，我系在计算机组成原理实验课程中采用了用EDA技术在FPGA上进行CPU设计的教学方式。通过对CPU设计的学习，同学们加强了对于计算机硬件结构的理解，增强了数字系统设计的能力。在有些设计阶段，同学们的设计超出了教学讲解的范围，他们通过讨论、查询网络和查阅图书资料等方式解决问题，增加了他们的自学能力和搜集利用资料的能力。部分同学因此对CPU的设计产生了浓厚的兴趣，有些同学设计了包含MIPS所有整数指令的五级流水CPU，还有的同学设计了ARM11结构的处理器，并在此基础上增加总线及总线接口、PS/2接口、VGA接口等部分，接上键盘和显示器，就构成了一整的计算机硬件裸机，然后又用已经实现的指令编写了游戏软件，实现了在自己设计的机器上玩自己设计的游戏的梦想。也有同学将设计的系统作为作品参加了相关的设计大赛，获得了很好的名次。

5结语

经过5年的教学实践，计算机系证明了在计算机组成原理实验课程中，指导学生利用EDA技术在FPGA上实现—个CPU在教学安排上是可行的，相关实践取得了很好的教学效果，为学生的研究和学习增加了—个可选的方向，对我国硬件人才的培养也非常有益。

参考文献：

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[3]李山山，全成斌.计算机组成原理课程实验教学的调查与研究[J].计算机教育，2010（22）：127-129.

计算机的组成教学设计篇5

关键词：精品课程；课程建设；教学方法

2007年6月，教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会计算机专业规范研究小组在对计算机科学、计算机工程、软件工程和信息技术知识体系和CC2005核心课程进行研究的基础上，结合我国的实际情况，确定了我国计算机科学专业的15门核心课程、计算机工程专业的16门核心课程、软件工程专业的24门核心课程和信息技术专业的15门核心课程，并给出了各专业包括的知识领域及知识单元。按照各个专业方向核心知识体系的要求，给出了程序设计、离散结构、数据结构、计算机组成原理、计算机网络、操作系统和数据库系统等7门课程作为这四个专业的公共核心基础课程。2008年4月国家教育部公布，从2009年起，计算机专业考研中的专业基础课实行全国统一命题，专业基础课由数据结构(占45分)、计算机组成原理(占45分)、操作系统(占35分)、计算机网络(占25分)四个部分组成，并于2008年8月公布了统一的考试大纲。

计算机组成原理是计算机科学与技术的核心专业基础课，是学生接触的第一门较全面地介绍计算机组成及工作原理的硬件课程，它与数据结构、汇编语言程序设计、微机接口技术、计算机体系结构、嵌入式系统、计算机控制技术等计算机学科核心课程关系紧密。要建设一门既符合CC2005核心课程知识体系，又符合研究生入学考试全国统考大纲要求的计算机组成原理精品课程就显得格外重要。为此，本文从课程建设的定位与目标出发，从精品教材建设、教学内容规划、实践创新能力培养、教学方法与手段改革和教学团队建设等方面进行了探索与实践。

1课程的定位与目标

计算机组成原理课程的定位是以基础理论知识为本、实践以及应用并重、反映学科最新成果、兼顾不同层次对象，培养学生科学思维、工程应用以及创新能力的精品课程。

课程的教学目标是通过该课程的学习，使学生理解计算机的组成和工作原理，掌握计算机整机设计的思想和方法，以及提高计算机整机性能所采用的核心技术，培养学生整机调试、故障分析、故障检测与故障排除的能力，为今后学习微机接口技术、计算机体系结构、计算机网络、并行与分布式处理等课程及计算机系统的硬件研究打下坚实的基础。

2课程的内容和过程

2.1建设精品教材，满足专业规范和考研大纲要求

通过分析CC2005、高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)和计算机科学与技术专业研究生入学考试专业基础课全国统一命题考试大纲对计算机组成原理知识点的要求，我们新编了《计算机组成原理》教材，并于2009年2月由西安电子科技大学出版社正式出版。该教材在系统地讲述计算机最基本的组成和工作原理、分析方法和设计技术的同时，还介绍了有关的先进技术在计算机组成方面的最新进展。教材具有基础性强、内容组织合理、取材先进、注重实践、便于自学等特色。实践证明，新教材的使用加深了学生对计算机组成和工作原理的理解，提高了学生的学习兴趣和独立思考的能力，收到了良好的学习效果。

2.2合理规划教学内容，注重基础理论知识与新技术的结合

根据计算机组成原理的定位和教学目标，以及计算机科学与技术专业教学指导委员会给出的专业规范和研究生全国统考大纲的要求，我院将此课程规划为72学时，其中实验占12学时，讲授占60学时，课程设计单独占32学时。基础理论知识及讲授学时规划如下。

1)计算机系统概论部分占4学时，主要讲授计算机的发展历程，计算机系统层次结构，计算机系统的组成，计算机的工作过程，计算机性能，计算机的典型分类方式。

2)运算方法和运算器部分占12学时，主要讲授数值数据和非数值数据的表示方法，定点数的运算方法和运算器，浮点数的运算方法和运算器，数据校验码。

3)存储系统部分占10学时，主要讲授存储器的基本概念，半导体随机读写存储器和半导体只读存储器的组成及工作原理，半导体存储器的容量扩展，双端口RAM，多模块交叉存储器，相联存储器，Cache存储器，虚拟存储器。

4)指令系统部分占8学时，主要讲授指令系统的发展与性能要求，指令格式，指令和数据的寻址方式，指令格式的分析与设计，CISC、RISC、退耦CISC／RISC和后RISC的基本概念。

5)中央处理器部分占12学时，主要讲授CPU的功能和组成，指令周期，时序产生器，微程序控制器，硬连线控制器，流水线技术。

6)总线结构部分占6学时，主要讲授总线的基本概念，总线标准，总线仲裁和总线通信。

7)输入／输出设备部分占4学时，主要讲授典型输入／输出设备的工作原理和常见的性能指标。

8)输入／输出系统部分占4学时，主要讲授I／O系统的基本概念，I／O接口的功能和基本结构，I／O端口及其编址，以及I／O设备数据传送控制方式。

为了让学生了解理论知识在新一代计算机系统中的应用，我们在计算机的发展趋势、计算机的典型应用、指令系统的发展、提高单机系统指令级并行性的措施、总线标准举例等知识点中引入了近几年来较新的计算机技术。例如在“提高单机系统指令级并行性的措施”这一知识点中，我们分别补充介绍了在单机系统中目前比较广泛使用的五种技术，即超标量、VLIW、超流水、超标量超流水、EPIC技术，并简要介绍了这些技术在现代微处理器中的具体应用。

2.3加强综合性和创新性实践环节，培养学生的实践创新能力

计算机组成原理课程不仅是一门理论性很强的专业基础课，而且也是一门实践性很强的实践课程。要清楚地理解计算机组成原理的精髓，亲自动手进行计算机各部件和模型机设计是相当重要的。我们通过加强综合性和创新性实践环节，不仅让学生理解了抽象的概念及原理，而且也提高了学生分析问题、解决问题的能力，以及实际动手的能力。

这门课程的综合性实验项目包括数据通路实验、操作控制器实验、高速ALU设计实验和浮点运算器设计实验，其目的是为了让学生掌握计算机运算部件、控制部件的组成和工作原理，加深学生对理论知识的融会贯通与理解，锻炼运用EDA技术进行计算机硬件设计的能力和硬件调试的能力。

创新性实践环节单独安排为一个课程设计，其内容是运用理论知识、硬件描述语言和EDA软件QuartusII进行模型机的设计。尽管在理论教学时，已分章节介绍了计算机的组成、指令的解释过程、指令周期、微指令格式、微程序的设计方法，以及时序控制方式和微处理器的设计步骤，但是实现相同的功能，在微处理器的内部结构设计时方法也是多种多样，比如微处理器内部寄存器的个数设置、是否采用片内指令Cache和数据Cache，采用什么样的指令格式和寻址方式、设计哪些指令、指令如何解释、采用微程序操作控制器还是硬连线控制器、是否采用流水线技术等。创新性实践环节涉及的知识面广、设计方案多样、设计方法灵活，有利于提高学生分析问题、解决问题的能力和实践创新能力。

2.4科学合理地改进教学方法，提高教学质量和教学效果

教学内容的组织采用了整体“自顶向下”、细节“自底向上”的教学方法，从计算机硬件系统入手到分别介绍计算机硬件的五大部件及相互联系，再将内容的展开，分别讲授每一个部分的组成和工作原理。在涉及到各组成部分具体细节的知识点时，采用了“自底向上”的教学方法，讲授内容由浅入深、循序渐进、由简单到复杂，在讲清基本概念和基本原理的基础上，再进行分析和设计。这种教学方法既让学生正确理解和掌握了各部件的组成及工作原理，让学生掌握了计算机中各部件的设计方法和相互之间的联系，建立了整机的概念。

教学任务的安排是将不同的专业分别定为一个教学班，以小班上课的方式进行，促进了讲授、提问、讨论、练习等多种教学方式的开展。同时要求每个教学班的主讲教师必须参加理论课的辅导工作，并要求每个实验必须参加一批实验辅导。青年教师必须先经过实验辅导和理论课辅导两年后，才能根据试讲情况确定其是否能胜任主讲教师资格。理论课辅导教师主要负责作业批阅、答疑、上习题课、网上教学交流等工作，实验课辅导教师主要负责讲授实验目的、实验要求、实验内容、实验步骤，并指导学生完成实验的全过程。

教学方法的改进，有助于各专业主讲教师根据本专业的课程结构和学生能力水平，以及课堂交流、作业和辅导、实验操作等情况的反馈信息，及时将出现的问题与所有学生沟通，以便随时调整教学方法、教学进度和补充教学内容，提高了教学质量和教学效果。

2.5利用现代化教学手段，提高学生的学习兴趣和学习主动性

利用课件教学，使得计算机各部件抽象的工作原理直观地展示在学生面前，大大地增加了课堂教学的信息量，提高了学生的学习兴趣。例如通过动画模拟机器指令的取指和执行过程，来解释中央处理器的组成和工作原理，让学生更直观地了解CPU内部控制信号的产生、指令和数据的流动过程、在指令执行过程中CPU内部各寄存器的变化情况等。通过使用QuartusII仿真软件进行实践教学，可以清楚地理解CPU的组成和详细设计，可以将CPU的顶层电路图逐层解剖，看到CPU内部的各组成部分及VHDL描述。通过微处理器执行某一个具体功能的机器语言程序，调出仿真波形，可以让学生清楚地看到CPU内部程序计数器、地址寄存器、指令寄存器、微地址寄存器、通用寄存器、数据暂存器、状态条件寄存器、主存储器、输出总线的内容随着时间的推移而发生变化的情况，将理论教学与实际设计充分结合，提高了学生的学习兴趣。

通过课程网站辅助教学，丰富的教学资源和交互式教学平台提高了学生的学生主动性，促进了师生之问的互动。课程网站采用DreamweaverMX、FlashMX、Photoshop、ASP和SQLServer等软件开发，为学生提供了全方位的学习辅导支持，包括教学大纲、学习指导、教学视频、课件下载、在线测试、难点解析、动画演示、虚拟实验室、在线答疑、学生论坛等。这些内容可以帮助学生全面地理解和掌握计算机组成原理课程的教学内容，了解该课程涉及的新知识和新技术。

2.6建设合理的教学团队，重视对青年教师的培养

建设由课程负责人、主讲教师、辅导老师和实验指导教师组成的教学团队是极其必要的。我们的计算机组成原理课程教学团队由8名教师组成，主要成员均长期从事本课程及相关课程教学和相关课程的教学和学术研究，其中教授1人、副教授3人、博士1人、硕士6人；35～45岁年龄段的中青年教师占75％，具有计算机相关专业教育背景7人、通信相关专业教育背景1人，所学专业涵盖了计算机应用技术、通信与信息工程、自动控制等。教学团队成员分别来自上海理工大学、中山大学、桂林电子科技大学。在知识结构、年龄结构、职称结构、学缘结构等方面形成了较合理的结构配置，教师队伍在理论教学、教学研究和学术研究等方面已开展了较多卓有成效的工作。

课程教学团队充分发挥高学术水平和高教学水平骨干成员的传、帮、带作用，通过合理规划、创造条件、培育环境、严格要求等多种机制，实施青年教师的培养，具体措施包括选派青年教师到国内知名大学参加培训、实行骨干成员为核心的导师制、组织开展教研讨论和科研活动。

通过以上措施，青年教师得到迅速成长、能够很好地胜任本课程的教学任务。在近几年的学生评教中，教学团队的学生评教成绩一直保持在优良以上，深受学生欢迎。近五年来，课程组承担和完成了国家自然科学基金、广西自然科学基金和横向科研项目16项，发表学术论文24篇(EI、ISTP收录10篇)，出版专著／教材4部，获得计算机软件著作权4个；承担教学改革与教学研究项目10项，发表教学研究论文16篇，获得教学改革与研究成果7项。

计算机的组成教学设计篇6

关键词:考研;计算机组成原理;课程改革;教学方法

2009年以前计算机考试是各个学校自己命题,根据各个学校对考生的要求和学校老师的研究方向确定不同的考试科目。一般从数据结构、组成原理、操作系统、计算机网络这四门课中挑选两到三门来考。不同学校的试题难度相对不同学校的学生存在有非客观的因素。为使学生在计算机专业课考试中有一个客观的评价,教育部针对这个问题提出了统考科目。众所周知,计算机学科整个课程体系粗略可以分为软件理论和硬件理论两部分。“数据结构”是软件课程的基础,“计算机组成原理”是硬件课程的基石。在这两门课程的基础上,操作系统讲述的是如何使计算机展现给用户强大而易用的功能。随着网络应用的兴起,计算机网络运行基本原理也显得越发重要起来。因此,将这四门课被选定为计算机专业研究生入学考试考查的课程还是比较科学的。计算机专业考研统考给我们的计算机教学提出了新的要求。

1“计算机组成原理”考研大纲解析

1.1大纲考查目标

首先我们要知道考研大纲的考查目标,大纲中明确指出了课程的考查目标为:

(1)理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。

(2)理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件之间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。

(3)能够运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析,并能对一些基本部件进行简单设计。

1.2大纲解析

从大纲的考查目标以及近两年的真题中可以看出“计算机组成原理”课程的教学内容不仅要传授有关硬件设计的课本知识,更要重视理论知识与实践过程的结合,将知识综合灵活运用,重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。本课程应该着重培养学生关于计算机硬件系统方面的3种能力:即计算机硬件系统的认知能力、设计能力与创新能力。课程主要通过对计算机各功能部件的组成及运行原理的分析、讲解和配套实验,培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。通过对数据的机器表示、运算方法及运算部件的组成等知识点的讲解和实验,使学生掌握计算机的运算特征;通过指令系统的相关知识,使学生掌握计算机系统汇编级的结构特征和基本操作描述方法;通过存储系统的详细讲解和实验,使学生能从容量、速度和成本的角度理解多层次存储系统的组织结构和工作原理;通过CPU及控制单元的功能和结构的详细分析,结合指令执行控制的深入讲解和实验,使学生理解计算机系统指令执行的实质和控制单元的基本实现方法;通过总线、输入输出接口及外部设备等知识的讲解,使学生了解计算机系统内部、计算机系统与外部的交互方式。

2教学方法探讨

2.1教学内容设计

通过对大纲及其所涉及的知识点的分析来看,“计算机组成原理”考研大纲首先要求学生了解各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。也就是要求学生既能够从全局或宏观的角度掌握计算机硬件系统的整体结构和工作原理,又能从局部或微观的角度理解计算机各个部件的工作过程和交互方式。任课教师不但要使学生清晰地了解所学内容在课程知识结构中的位置以及和其他部分之间的关系,还要使学生对所学内容具有清晰的脉络和思路,这对学生全面地掌握本课程的知识具有十分重要的作用。因此,有必要研究并实践一种有效的教学模式,使学生从微观层面掌握课程知识单元、从宏观层面建立该课程知识体系,进而培养学生关于计算机硬件系统的认知能力、设计能力和创新能力[1]。

在实践中,我们从知识与能力两个层次,课堂与实验两个环节对“计算机组成原理”课程与实验体系进行了详细设计,采用自顶向下的教学思路,建立了一种从整体功能推进到局部组成、从微观实现抽象到宏观结构的层次化课程内容设计模式。通过提出问题、分析问题、分析功能需求、探讨解决思路、总结功能特征、介绍设计与实现细节的教学内容展开模式,分别对存储系统、计算单元、控制单元和输入输出系统的教学内容进行设计,贯彻局部组成体现整体功能、微观实现体现宏观结构的教学内容设计思路,同时突出“功能分析”和“结构设计”两条主线。

2.2教学方法

在实际教学过程中,有些学生,甚至老师认为各硬件课程之间的衔接并不紧密,互不相干。有的教师讲到的知识点如果用到了前导课程的知识,很多老师在这里就只是一笔带过,没有将前导课的知识点和本课程衔接和过渡起来,而知识之间的贯穿、联系去靠学生自己去领悟,这样的教学效果可想而知。因为课程与课程之间的联系内容对同学们对旧知识的加深和对新知识的理解起着非常重要的作用,教师明确将这种衔接和过渡告诉学生,学生才能在大脑里形成一个严密完整、一环扣一环的硬件体系[2]。

在培养学生对计算机硬件的系统级认知能力的基础上,我们通过对运算部件、存储系统、指令系统、控制单元、整机硬件系统的设计方法等知识的讲解,结合相应设计实验,培养学生对计算机硬件系统的理解和设计能力。在设计能力培养的具体方式上,可通过课堂讲授、课后练习、配套实验等形式分层次实现。如课堂讲授可重点介绍系统和部件的设计方法和设计过程等内容;课后练习可进行框架性设计;配套实验可围绕规范、典型的模型系统,从功能部件的实现开始,直至最终设计出一台具备基本运算能力和存储能力、支持有限指令集的计算机设备。从而达到验证功能部件和系统的功能,掌握必要的硬件描述语言、设计工具及仿真环境,体验计算机硬件系统的设计过程,掌握相关硬件设计技术与方法等目的。

课堂教学和实验应着力培养学生的创新意识和创新能力,在培养学生认知和设计能力的基础上,通过对计算机硬件系统不同阶段面临的问题及其技术发展的分析和探讨,体会在特定的技术条件下的创新思维;针对计算机硬件系统面临的新问题和新需求,结合新技术向学生介绍该领域的技术发展趋势,引领学生突破思维定势,以此培养学生的创新意识。通过集成计算机组成原理、操作系统、编译技术等课程知识内容的综合课程设计,培养学生的基本创新能力。

3教学方法实践

在教学中笔者还有意识地运用以下一些方法。

3.1多媒体教学

“计算机组成原理”传统的教学方法是采用粉笔加黑板的教学方式,教学手段单一。很多工作过程都发生在芯片内部,看不见也摸不着,内容很抽象,而且电路图、时序图也非常多。如果总是空讲或是单凭老师在黑板上画是远远不能满足授课需要的。要解决这个问题,就得充分利用现代的多媒体手段,上课的时候通过多媒体课件,使同学们有一个直观的、感性的认识,同时扩大学生的知识面。比如:要讲解CPU执行指令的时候,最好制作一个能反映CPU每一步工作流程的动画,动画生动地反映了计算机指令被执行的详细过程,指令如何流动,数据如何获取,结果如何存放。这样就能使同学们直观地获得感性认识,同时也加深了大家对理论知识的理解和记忆。

3.2启发式教学

启发式教学是指教师有意识地提出一些现象或问题去引导学生思考。例如,讲解加法器的时候引导学生思考:ALU内部有加法器,那么有减法器吗?教师进一步引导:补码出现的意义是什么,补码如何实现减变加?经过启发引导,学生把前后两个看似孤立的知识点有机联系在一起,构成完整的知识体系。

3.3类比教学

类比教学是在授课过程中将一些概念、策略和思想等与现实生活中的生动事例进行关联、类比。使学生更容易理解和牢固掌握教学内容、抓住关键思想。例如:为了便于理解指令寻址方式,用生活事例类比:你想找张三,如果张三与你在同一办公室,在办公室可直接找到他,这相当于立即数寻址;如果张三与你不在同一单位,但你知道他的家庭地址。根据地址到张三家可以找到他,这是直接寻址:如果你不知道张三的地址,但是你知道李四的地址,而李四知道张三的地址,可以通过李四找到张三,这就是间接寻址。再如,把存储层次中的映像规则与阅览室的位置分配进行类比;把局部性原理与衣柜里存放什么衣服以及电脑的桌面放什么图标相关联;把流水线技术与工业流水线进行类比等[3]。

还有在讲述计算饥存储系统时,学生对Cache在计算机系统中的作用不能准确把握,此时可以列举:假没学生要找一个同学的电话号码,一个途径是从整个城市的电活号码薄中去查,另一个途径是在自己随身携带的手机通讯录中去查,显然在手机通讯录中去查会快得多。这例子形象地说明了在Cache中获取数据会比在主存中获取数据更快,另外也说明了Cache的另一个特点:虽然存储容量有限,但所存储的信息是较常用的。又例如教学总线宽度的慨念,可借助于城市道路宽度来类比说明。

3.4根据教材内容补充最新的实用知识

计算机技术的迅速发展和教材的出版周期的不协调,使得教材中部分知识显得较老或过时,这也是造成学生学习兴趣不高的原因之一。因此,教学过程的每一环节,都尽量补充一些当前最新技术的发展情况和新型元器件的介绍。让学生不但能在该课程中学习到理论知识,还能开阔眼界并学习到实用的知识,从而有效提高学习积极性[4]。如:在讲述内存的存储单元工作原理和读写工作周期时,也可以补充一些与当前流行的计算机内存的相关知识,如SDRAM、DDR、DDRII等,以及内存工作参数如PC150、DDR266、DDRII800等。又如:讲存储器时,也可以补充ROM、PROM、EPROM、EEPROM,使学生在比较中了解这几种存储器的区别和发展历史。在输入输出系统教学中,需要指出哪些技术和设备已经过时,让学生清楚了解输入输出系统的发展过程。同时补充一些当前最新的输入输出设备的发展、技术和性能,如U盘和串行硬盘存储系统、液晶显示系统等。由于这些最新的技术和产品是学生经常接触到的,相关知识容易吸引他们的兴趣,让学生清楚地理解教材内容究竟有哪些实际应用,可以让学生在学习理论知识的同时也学到一些与实践和应用相关的知识。这样,使学生对知识的记忆不再孤立,而能进行关联记忆,产生较好的教学效果。

4结语

总体来说“计算机组织原理”课程的难度还是较高,在计算机专业课里占到45分。在学习的时候要特别注意以下几点,第一要正确理解大纲的基本概念,掌握概念的一些要点;第二把概念和原理联系起来,不要孤立学习某一部分,要关联起来,因为计算机各个部件之间本来就是一个相互联系的整体;第三要把握重点、难点,主次分清。

以上是笔者在多年“计算机组成原理”教学改革摸索过程中的一些心得体会,归纳起来就是:通过合理组织硬件课程的知识内容,使它们详略得当,突出重点;充分结合实际,引入当前的许多实例来丰富学习的内容,提高同学们的学习兴趣;采用新的教学方法,使用多种教学工具充分调动同学们学习的积极性和主动性,提高学生对计算机组成的实际分析、设计和动手操作能力。通过以上这几个方面来提高课程的教学水平和教学质量,促进课程的建设与发展。在教授知识的同时,作为教师也应该不断学习提高,加强学科科研,立足教学,只有这样教师才能把“计算机组成原理”课程讲好,学生才能更加深入地理解和掌握课程内容,对考研大纲所要求的各个知识点才能更加融会贯通,当然也能够取得较为理想的考试成绩。

参考文献:

[1]刘旭东,熊桂喜.“计算机组成原理”的课程改革与实践[J].计算机教育,2009(7):74-76.

[2]杨振华.“计算机组成原理”课程改革探索[J].中国电力教育,2008(23):119-120.

[3]王志晓,夏战国,王凯.《计算机组织与体系结构》教学改革与探索[J].福建电脑,2009(2):213-214.

[4]王勇,黄贤英.“计算机组成原理”的教学方法[J].重庆工学院学报:自然科学,2008,22(3):167-170.

DiscussionofTeachingMethodtothePrinciplesofComputerOrganization

undertheEnvironmentofNationalUnifiedExams

WANGDing-lei

(AnyangNormalUniversity,Anyang455002,China)