摘 要：計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門(mén)主干核心課程，課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)組成部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法，建立CPU級(jí)和硬件系統(tǒng)級(jí)的整體概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的分析、開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)能力。本文從教學(xué)內(nèi)容、授課方式、教學(xué)手段等幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)方法的探討，并提出了改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的建議。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；教學(xué)方法；分析、開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP301-4

通過(guò)計(jì)算機(jī)組成原理課程的學(xué)習(xí)，可以分層次地掌握計(jì)算機(jī)組成的概念、工作機(jī)制、分析和設(shè)計(jì)方法等全面系統(tǒng)的知識(shí)，掌握必要的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)；了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟件、硬件功能的劃分和彼此之間相互配合的關(guān)系；按照系統(tǒng)的觀點(diǎn)，分析提高計(jì)算機(jī)軟硬件整體性能的必要性和各種可行性方法；從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)一步了解提高系統(tǒng)性能的主體思想，站在更高層次上思考和解決學(xué)習(xí)工作中遇到的問(wèn)題。

該課程在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中起著承上啟下的作用。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中往往不能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。主要因?yàn)檎n程內(nèi)容枯燥抽象，教師上課方法死板無(wú)趣，知識(shí)點(diǎn)往往前后連貫不起來(lái)，造成所學(xué)的內(nèi)容無(wú)法緊密銜接；很多書(shū)本列出的內(nèi)容相對(duì)陳舊，不符合當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)研究和教育發(fā)展的潮流，理論課和實(shí)訓(xùn)課程安排不合理，重理論輕實(shí)踐，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。

我在課堂教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)生理解、聯(lián)系實(shí)際能力為核心的教學(xué)模式，以提高教學(xué)質(zhì)量為目的來(lái)展開(kāi)教學(xué)，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的探討、教學(xué)手段的介紹進(jìn)行教學(xué)改革的研究。

1 教學(xué)內(nèi)容的合理安排

計(jì)算機(jī)組成原理課程的特點(diǎn)是內(nèi)容較多、概念抽象，難學(xué)不易懂。為了做好計(jì)算機(jī)組成原理的授課任務(wù)和課程建設(shè)，教師必須與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)所教授學(xué)生的專業(yè)和特點(diǎn)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)于教材的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減和擴(kuò)充。下面以計(jì)算機(jī)中央處理器CPU工作原理為例來(lái)介紹我對(duì)這門(mén)課程這個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)所做的授課安排。

在課程開(kāi)始時(shí)通過(guò)新課導(dǎo)入讓學(xué)生思考，我們工作生活中用的計(jì)算機(jī)是由哪幾部分組成？我們使用的計(jì)算機(jī)用來(lái)做哪些事情？完成哪些工作？通過(guò)圖文并茂的形式，介紹計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部件。

在了解了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及各部件的作用之后讓學(xué)生去描述計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程是怎樣的？我們每天都會(huì)使用計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)打開(kāi)之后就是在運(yùn)行一個(gè)又一個(gè)程序，如QQ程序、殺毒軟件程序、文字處理程序等，計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過(guò)程。在了解了計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程之后我再讓學(xué)生試著去思考計(jì)算機(jī)的工作原理。

計(jì)算機(jī)的工作原理即編程人員把編寫(xiě)好的程序輸入到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)起來(lái)，CPU依次到存儲(chǔ)器中取出每一條指令自動(dòng)執(zhí)行，直到全部指令執(zhí)行完畢，這就是計(jì)算機(jī)的工作原理，即“程序存儲(chǔ)”思想。計(jì)算機(jī)工作原理是在機(jī)器指令層面介紹計(jì)算機(jī)的運(yùn)行機(jī)制及其構(gòu)成的。它的工作過(guò)程就是CPU存取指令、分析指令、執(zhí)行指令并為下一次指令的執(zhí)行做好準(zhǔn)備的過(guò)程，在整個(gè)工作過(guò)程中存儲(chǔ)器是存放指令的倉(cāng)庫(kù)。

學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)的工作原理之后，認(rèn)識(shí)兩個(gè)重要的概念：指令和CPU。接著學(xué)習(xí)指令的基本格式以及每條指令所包含的信息，再通過(guò)CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖掌握CPU的兩大組成部分和CPU內(nèi)部六個(gè)主要寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR、指令寄存器IR、程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器AR、累加器AC、狀態(tài)標(biāo)志寄存器F的作用。最后借助兩個(gè)實(shí)例——CLA指令和ADD指令的取值和執(zhí)行指令，演示了CPU取值和執(zhí)行指令的整個(gè)工作過(guò)程。完成了本門(mén)課中一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)的由淺入深、循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)。

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)緊密相連，相輔相成。在學(xué)習(xí)時(shí)構(gòu)建以“指令”為主線的教學(xué)體系與知識(shí)體系，讓學(xué)生建立起“程序—指令—電路” 計(jì)算機(jī)整體觀念，引導(dǎo)學(xué)生將計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、算法設(shè)計(jì)與分析等課程聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建出完整的計(jì)算機(jī)知識(shí)體系。

2 教學(xué)方法的靈活使用

在授課過(guò)程中我采用啟發(fā)式教學(xué)、觀察法、討論法、任務(wù)發(fā)、案例法等多種方式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)更好的掌握。比如在講解Cache高速緩沖存儲(chǔ)器時(shí)，我會(huì)提出問(wèn)題讓學(xué)生思考：計(jì)算機(jī)在實(shí)現(xiàn)CPU與內(nèi)存的通信時(shí)，如何彌補(bǔ)元器件之間巨大的速率差？如何構(gòu)建計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，解決各個(gè)部件對(duì)快速、大容量存儲(chǔ)的需求。進(jìn)而引出計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部件和 Cache 概念。即在計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過(guò)程中，CPU會(huì)不斷到內(nèi)存中讀取指令或者數(shù)據(jù)，連續(xù)不停地工作，但是高速的CPU和低速內(nèi)存之間速度會(huì)有差異，快速的CPU每次存取數(shù)據(jù)都要等待慢速的內(nèi)存，久而久之必然會(huì)影響整機(jī)的性能，這時(shí)Cache高速緩沖存儲(chǔ)器就可以起到橋梁的作用了，CPU每次存取數(shù)據(jù)就可以先到Cache中尋找，如果沒(méi)有找到再到內(nèi)存中找。Cache可以協(xié)調(diào)CPU和內(nèi)存之間的速度差異，提高系統(tǒng)性能。借助于一系列形象的比喻可以更好地幫助學(xué)生理解概念。

計(jì)算機(jī)組成原理這門(mén)課理論性較強(qiáng)，很多概念理解起來(lái)比較困難，在講解時(shí)可以把很多專業(yè)名詞用生活中隨處可見(jiàn)的例子進(jìn)行類比，比如存儲(chǔ)器的編址就可以比作學(xué)生的宿舍，一排排等大均勻的房間，構(gòu)造格局相同，但是唯一識(shí)別它們的是地址編號(hào)。用高速公路比作總線，總線上流動(dòng)的各類信號(hào)即是高速公路上快速行駛的車(chē)輛……同時(shí)充分利用多媒體教學(xué)手段，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部工作用動(dòng)畫(huà)演示出來(lái)，將抽象的問(wèn)題簡(jiǎn)單化、形象化。教師只有真正掌握課本知識(shí)的內(nèi)涵，才能在課堂教學(xué)中用形象生動(dòng)的語(yǔ)言，輕松活潑的形式解釋各種復(fù)雜的概念，真正提高教學(xué)質(zhì)量。

3 教學(xué)改革的建議

針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理這門(mén)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，我們可以從課程本身的學(xué)習(xí)、授課模式、教學(xué)方法等方面進(jìn)行探討和嘗試，對(duì)課程設(shè)置、培養(yǎng)體系和目標(biāo)進(jìn)一步深究，對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)必須給以足夠的重視，安排足夠的實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)，提供實(shí)驗(yàn)性能良好的實(shí)訓(xùn)裝置，能夠開(kāi)展反映主要教學(xué)內(nèi)容、層次較高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在深化計(jì)算機(jī)各功能部件實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)整機(jī)硬件系統(tǒng)組成與運(yùn)行原理有關(guān)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)；在堅(jiān)持以硬件知識(shí)為主的同時(shí)，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟硬件的聯(lián)系與配合的認(rèn)識(shí)。

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作者單位：合肥財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院，合肥 230601