摘要：針對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的特點(diǎn)，結(jié)合作者講授本課程的經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)手段的采用、教學(xué)方法的改革和學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)等角度出發(fā)，對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探討。特別是把軟件設(shè)計(jì)的思想應(yīng)用到課程教學(xué)中，是一個(gè)大膽的嘗試和創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；實(shí)踐；計(jì)算組成原理；仿真器

中圖分類號(hào)：G624.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-3044(2008)30-0693-02

Exploration on the Teaching model of the Course of Computer Organization Principles

ZHAO Qiu-yun，HE Jia，WEI Le

(Computer Science Department，Chengdu University of Information Technology， Chengdu 610225，China)

Abstract: Based on the character of Compiler Organization Principles and several teaching years’ experience， this paper discusses teaching model of the subject from the following aspects that how to organize the contents， which means to take， the reform of teaching methods and to enhance students’ ability of practice. Especially， it’s the positive attempt that the thought of software designation is introduced into the teaching work.

Key words: teaching reform; pratice; computer organization principles; simulator

1 引言

《計(jì)算機(jī)組成原理》課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心必修課程，其任務(wù)是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)各組成部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法以及將它們連接成整機(jī)的方法，為培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的分析、開發(fā)、使用與設(shè)計(jì)能力打下基礎(chǔ)?？v觀整個(gè)計(jì)算機(jī)知識(shí)的體系結(jié)構(gòu)，掌握計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，是一個(gè)高水平計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人員成長(zhǎng)必須具備的一個(gè)基礎(chǔ)。高等教育開設(shè)《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的目的也就是基于此考慮。

但是我國(guó)高校（尤其是普通高校）的教學(xué)過程中存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、重理論輕實(shí)踐、重分析輕綜合三個(gè)方面的問題，往往沒有達(dá)到課程設(shè)置的目的。因此，如何改革《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)模式，以提高其教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量， 使它跟上計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 是我們當(dāng)前亟待解決的問題。為了使學(xué)生系統(tǒng)而全面地掌握計(jì)算機(jī)工作原理， 培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和良好的實(shí)際應(yīng)用能力， 我們?cè)诙嗄甑慕虒W(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上對(duì)這門課程的教學(xué)模式進(jìn)行了一些探索， 已初見成效。

2 合理組織教學(xué)內(nèi)容，注重教學(xué)方法改革

2.1 針對(duì)學(xué)生實(shí)際，合理安排教學(xué)內(nèi)容

各個(gè)學(xué)校的定位不同，學(xué)生基礎(chǔ)有別，因此必須根據(jù)課程設(shè)置和學(xué)生實(shí)際情況，制定合適的教學(xué)大綱，合理安排教學(xué)內(nèi)容。針對(duì)我校實(shí)際情況，在選擇羅克露編寫的《計(jì)算機(jī)組成原理》教材[1]基礎(chǔ)上，我們?cè)诎才沤虒W(xué)內(nèi)容時(shí)遵循三個(gè)基本原則：1) 重點(diǎn)在計(jì)算機(jī)組成中具有共性的問題，注意把教學(xué)重點(diǎn)放在基本概念、基本原理和具體的實(shí)現(xiàn)方法上，但是要適當(dāng)?shù)亟榻B一些體現(xiàn)當(dāng)代計(jì)算機(jī)發(fā)展特征的新知識(shí)和新技術(shù)，以跟上技術(shù)的變化； 2)從單機(jī)系統(tǒng)的幾大組成部件的組成原理以及內(nèi)部工作機(jī)制講起，最終要幫助學(xué)生建立整機(jī)概念；3)考慮先設(shè)和后置課程的內(nèi)容，不做重復(fù)無用功。

基于上述三點(diǎn)我們?cè)诎才艃?nèi)容時(shí)把重點(diǎn)放在信息表示、指令設(shè)計(jì)的思想、時(shí)序控制方式、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、主機(jī)與外設(shè)的連接控制方式、CPU設(shè)計(jì)、磁記錄方式、打印機(jī)和顯示器工作原理上面，而對(duì)《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》涉及的馮氏計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)概述、《匯編語言》涉及的尋址方式、《接口技術(shù)》涉及的總線和接口、《操作系統(tǒng)》涉及的虛擬存儲(chǔ)器、《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》涉及的流水線、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》涉及的數(shù)據(jù)校驗(yàn)、《存儲(chǔ)技術(shù)》涉及的磁盤陣列等內(nèi)容，只是簡(jiǎn)要概述，不做詳細(xì)講解。經(jīng)過內(nèi)容的調(diào)整，我們可以把重點(diǎn)關(guān)注于組成原理本身的知識(shí)點(diǎn)上，從而在有限的學(xué)時(shí)中，使學(xué)生掌握理解了更多的知識(shí)。

2.2 采用啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)法是教師啟發(fā)學(xué)生積極思維，使他們主動(dòng)掌握知識(shí)的一種教學(xué)方法。它主要以提高學(xué)生的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性為目的，通過老師的課堂提問和引導(dǎo)讓學(xué)生加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，并提高他們分析問題和解決問題的能力[2]。在《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)過程中，為了達(dá)到較好的教學(xué)效果，教師一方面要深刻理解課程的基本理論，了解計(jì)算機(jī)科學(xué)的最新發(fā)展和應(yīng)用情況；同時(shí)，教師應(yīng)該注重知識(shí)的邏輯組織形式，采用多種多樣的形式將枯燥的理論知識(shí)與靈活的實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，使教師和學(xué)生之間形成流暢的信息流動(dòng)，從而最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，營(yíng)造出積極、和諧的課堂教學(xué)氣氛。

例如，在講解存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)時(shí)可以這樣對(duì)學(xué)生來進(jìn)行啟發(fā)：1)計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存容量很大，而單個(gè)存儲(chǔ)芯片容量又較小，能否用存儲(chǔ)芯片構(gòu)成存儲(chǔ)器？ 2) 若能，需要解決哪些問題？3)要解決存儲(chǔ)地址線、數(shù)據(jù)線、片選信號(hào)等問題，又該如何解決？4)解決上述問題，存儲(chǔ)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何表示？5）CPU是如何使用組合后的存儲(chǔ)器？使用的實(shí)質(zhì)是什么？對(duì)上述問題的解答教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極思考，使其參與其中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)觀點(diǎn)的撞擊。

2.3 合理采用教學(xué)手段

教學(xué)手段的應(yīng)用不在于新，而在于其效果。因?yàn)椤队?jì)算機(jī)組成原理》課程固有的特點(diǎn)，我們采用的教學(xué)手段為：對(duì)需要推導(dǎo)的知識(shí)如數(shù)的表示范圍、補(bǔ)碼原碼轉(zhuǎn)換關(guān)系的推導(dǎo)等還是采用傳統(tǒng)的黑板；對(duì)需要展現(xiàn)工作過程的知識(shí)如CPU內(nèi)部信息傳送、微程序工作原理、堆棧等則采用多媒體教學(xué)，把它們以動(dòng)畫的形式反映出來，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；充分利用輔助教學(xué)平臺(tái)、電子郵箱，實(shí)現(xiàn)師生課外交互。

3 重視實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)動(dòng)手能力的培養(yǎng)

《計(jì)算機(jī)組成原理》是一門理論性比較強(qiáng)的課程，但其實(shí)踐性亦不容忽視。教師和學(xué)生都應(yīng)該樹立這種觀點(diǎn)：不掌握理論就不會(huì)理解實(shí)際的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)；看不到理論在實(shí)際中的應(yīng)用就不會(huì)真正理解理論。因此對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》的實(shí)踐教學(xué)我們注重做到：1)選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器，即軟件、硬件等基本配置應(yīng)該比較完整，能夠覆蓋課程的主要教學(xué)內(nèi)容，可以支持?jǐn)?shù)量較多且水平較高的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；2)設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要具有一定的靈活性，學(xué)生可以在簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的要求重新設(shè)計(jì)。例如，我們可以設(shè)計(jì)一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)各計(jì)算機(jī)大部件的組成和工作原理的進(jìn)一步了解；可以設(shè)計(jì)一定數(shù)量的可重設(shè)型項(xiàng)目，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)單獨(dú)部件的獨(dú)自設(shè)計(jì)能力；3)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間，由于有些實(shí)驗(yàn)在課內(nèi)做不完，實(shí)驗(yàn)室在課余時(shí)間對(duì)學(xué)生開放，沒有完成任務(wù)的學(xué)生可以繼續(xù)進(jìn)行，有對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生也可以進(jìn)行開發(fā)研究。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展與實(shí)驗(yàn)室的開放，學(xué)生們?cè)鰪?qiáng)了對(duì)硬件學(xué)習(xí)的信心及興趣，更進(jìn)一步掌握了所學(xué)的理論知識(shí)，也鍛煉了他們獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。

4 合理應(yīng)用軟件思想，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

《計(jì)算機(jī)組成原理》在計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程中，處于承上啟下的作用，但學(xué)生最終卻沒有形成這樣的認(rèn)識(shí)，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中不能與之建立聯(lián)系，造成知其然，不知其所以然的狀況，由此，我們需要加強(qiáng)這方面的引導(dǎo)。這一點(diǎn)可以通過利用軟件模擬的方法構(gòu)造自己的計(jì)算機(jī)來解決。引導(dǎo)學(xué)生把學(xué)習(xí)的硬件理論通過軟件來進(jìn)行模擬，一方面可以克服實(shí)驗(yàn)箱比較簡(jiǎn)單，與實(shí)際的計(jì)算機(jī)復(fù)雜程度差別較大，不能完全重現(xiàn)計(jì)算機(jī)的工作過程的不足；另一方面可以鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維。對(duì)于構(gòu)造的個(gè)人簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)軟件作為一個(gè)課外作業(yè)，要求每個(gè)學(xué)生必須完成。個(gè)人簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的要解決的問題[3，4]：合理設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的語言、機(jī)器指令的設(shè)計(jì)與表示、寄存器和內(nèi)存單元的仿真、指令執(zhí)行過程的模擬、錯(cuò)誤的檢查和處理、微指令和微程序的設(shè)計(jì)與模擬(可選)。我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該軟件，限于篇幅，對(duì)具體實(shí)現(xiàn)不再贅述，給出程序一個(gè)運(yùn)行界面如圖1所示。

5 結(jié)束語

本文從提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的角度出發(fā)，就教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)方法和手段、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和軟件思想在課程中的應(yīng)用幾個(gè)方面對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探討。對(duì)文中探討的模式，在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了較好的效果。當(dāng)然在教學(xué)中還有一些其它的方面，比如如何引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、課堂組織形式等本文沒有進(jìn)行探討，這將在今后教學(xué)中予以補(bǔ)充和總結(jié)。

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