文章編號(hào)：1672-5913(2008)07-0062-02

摘要：本文對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)“計(jì)算機(jī)組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)與內(nèi)容進(jìn)行了探討，并提出了考核方法。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)；課程設(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程綜合了“計(jì)算機(jī)組成原理”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”兩門(mén)課程的要求，是應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、計(jì)算機(jī)硬件與結(jié)構(gòu)方向非常重要的一門(mén)課程。其實(shí)踐課主要是為了讓學(xué)生建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，加深對(duì)計(jì)算機(jī)“時(shí)空”概念的理解和對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評(píng)測(cè)的應(yīng)用，提高應(yīng)用集成電路的基本技能，培養(yǎng)和提高獨(dú)立工作能力、實(shí)際動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力。

1實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2003年初我院加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入，全面改善實(shí)驗(yàn)室條件，添加了30臺(tái)西安唐都科教儀器公司推出TDN-CM++計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各計(jì)算機(jī)部件和多種模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)而高水平地支持“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并通過(guò)對(duì)指令設(shè)計(jì)方法、時(shí)空并行性、指令并行性等多種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究來(lái)開(kāi)展“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和內(nèi)容

運(yùn)算器組成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是要求學(xué)生加深理解運(yùn)算器的基本組成、工作原理，熟悉簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路；掌握算術(shù)邏輯部件的功能原理及74LS181的功能；掌握移位電路的工作原理和使用方法；掌握運(yùn)算器中通用寄存器的工作原理和使用方法；掌握運(yùn)算器中運(yùn)算結(jié)果判斷電路的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是驗(yàn)證運(yùn)算器的8位加、減、與、移位、進(jìn)位、直通功能；驗(yàn)證4位乘4位功能。按給定的數(shù)據(jù)，完成幾種指定的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。其中大部分屬于簡(jiǎn)單的驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)。還可以讓學(xué)生自行探索實(shí)驗(yàn)步驟和任務(wù)。比如，學(xué)生驗(yàn)證完運(yùn)算器的加運(yùn)算之后，再讓學(xué)生自行探索減法的實(shí)驗(yàn)步驟并完成相應(yīng)任務(wù)。

存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是要求學(xué)生理解計(jì)算機(jī)主存儲(chǔ)的作用，掌握存儲(chǔ)器的構(gòu)成；掌握半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)的工作原理及讀寫(xiě)方法；掌握用存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成主存儲(chǔ)器時(shí)，如何進(jìn)行字/片選技術(shù)，了解使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器電路時(shí)的定時(shí)要求。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是對(duì)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元進(jìn)行先寫(xiě)后讀，屬于簡(jiǎn)單的驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)。還可以讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展。

控制器實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是要求學(xué)生加深理解計(jì)算機(jī)控制器中時(shí)序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本組成和工作原理；掌握微程序控制器的基本組成、微指令格式、設(shè)計(jì)方法、寫(xiě)入過(guò)程、執(zhí)行過(guò)程；掌握硬布線控制器的組成原理和設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是微程序控制器中微指令編制、寫(xiě)入、執(zhí)行過(guò)程；硬布線控制器的指令執(zhí)行過(guò)程。屬于有一定難度的驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)。還可以讓學(xué)生根據(jù)設(shè)備本身的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)微程序、寫(xiě)入并運(yùn)行。

總線控制實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是要求學(xué)生熟悉總線的概念、作用及特性；掌握用總線傳輸數(shù)據(jù)的控制原理和方法；掌握總線仲裁的方式及方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是控制總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)由輸入設(shè)備通過(guò)總線向通用寄存器或者存儲(chǔ)器傳送。屬于驗(yàn)證和設(shè)計(jì)式實(shí)驗(yàn)。

模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是要求學(xué)生通過(guò)模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)理解計(jì)算機(jī)的工作原理、性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，以及計(jì)算機(jī)的“時(shí)空”概念。建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，為后邊的模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是基本模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，用CPLD實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，基于RISC處理器的模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，基于重疊技術(shù)的模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，基于流水線技術(shù)的模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)。屬于驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)。

3課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)和內(nèi)容

在學(xué)期快要結(jié)束的時(shí)候，專(zhuān)門(mén)留出來(lái)一兩周時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行“計(jì)算機(jī)組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的課程設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。要求根據(jù)設(shè)備情況，自行設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)(包括算術(shù)邏輯運(yùn)算指令、訪存指令、轉(zhuǎn)移控制指令、I/O指令和停機(jī)指令)的微程序來(lái)控制模型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)功能。并且要求各組課程實(shí)踐人員設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)各不相同，基于的設(shè)備或技術(shù)也不相同。比如設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本模型計(jì)算機(jī)、基于CPLD的模型計(jì)算機(jī)、基于RISC處理器的模型計(jì)算機(jī)、基于重疊技術(shù)的模型計(jì)算機(jī)、基于流水線技術(shù)的模型計(jì)算機(jī)。

4考核方法

實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包含預(yù)習(xí)報(bào)告、原始記錄和總結(jié)報(bào)告三部分。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前自己組織時(shí)間查詢(xún)資料書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告(包括實(shí)驗(yàn)的目的、要求、內(nèi)容和步驟)。在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)前，指導(dǎo)教師根據(jù)預(yù)習(xí)報(bào)告書(shū)寫(xiě)情況給出相應(yīng)等級(jí)的成績(jī)并記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上(包括教師簽名和日期)，然后指導(dǎo)教師講解本次實(shí)驗(yàn)的目的、步驟及注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求學(xué)生認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)記錄(包括實(shí)踐/調(diào)試過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束前10分鐘由指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上給出成績(jī)(包括教師簽名和日期)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上寫(xiě)出本次實(shí)驗(yàn)的總結(jié)報(bào)告(包括實(shí)驗(yàn)結(jié)論，實(shí)驗(yàn)討論，實(shí)驗(yàn)清單)，下次做實(shí)驗(yàn)時(shí)再交上實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由指導(dǎo)教師填寫(xiě)學(xué)生該次實(shí)驗(yàn)的最終成績(jī)(包括教師簽名和日期)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)占本課程最終成績(jī)的20%。

課程設(shè)計(jì)的考核內(nèi)容分四大項(xiàng)。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)情況(占20%)，主要是針對(duì)系統(tǒng)程序的可用性、實(shí)用性、通用性和可擴(kuò)充性。學(xué)生動(dòng)手能力(占20%)，主要是針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思路的開(kāi)擴(kuò)性和創(chuàng)新能力。報(bào)告總結(jié)(占10%)，主要是針對(duì)學(xué)生資料完成、條理清晰情況。答辯情況(占50%)，主要是程序能正確運(yùn)行情況(10%)，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的改正情況或按要求改變執(zhí)行結(jié)果(20%)，問(wèn)題回答情況(20%)。由至少兩位課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師同時(shí)參與答辯，并對(duì)答辯情況量化。課程設(shè)計(jì)單獨(dú)另算一個(gè)學(xué)分。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘榮柏. 應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程體系的探討[Ｊ]． 科教文匯，2007，(4).

[2] 柴志雷． “計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)”教學(xué)初探[J]． 考試周刊，2007，(27).

[3] 白中英. 計(jì)算機(jī)組成原理(第三版·網(wǎng)絡(luò)版)[M]. 北京:科學(xué)出版社，2001.

[4] 張庸一． 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M]． 重慶大學(xué)出版社，2001.

[5] 鄭緯民，湯志忠. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第2版)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，1998.