李靈華

摘要：針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程理論性強(qiáng)，抽象，學(xué)習(xí)難度大等問(wèn)題，闡述對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)以及實(shí)踐措施，探討使課程教學(xué)的理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的具體實(shí)現(xiàn)方式。從實(shí)驗(yàn)課程的理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等方面，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行介紹，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果進(jìn)行了歸納總結(jié)，以期為計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)過(guò)程；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）09-0160-02

Discussion and Practice on the Experiment Teaching of the Course of Principle of Computer Organization

LI Ling-hua

（College of Computer Science and Engineering， Dalian Nationalities University， Dalian 116600， China）

Abstract： There are some problems in the teaching of the course of principle of computer organization， such as the strong theorization， the abstractness and the great difficulty to learn. To solve those problems， the teaching design and practice measures in the experiment teaching of the course are stated， and the implementation to closely combine the theory and the practice of the course teaching is explored. The contents and teaching methods of the experiment course are introduced from the aspect of the setting of the theoretical teaching content， the setting of the experimental teaching content， the design of the experiment teaching process， and the method of the experiment teaching. And it is summarized combined with the effect of experiment teaching in order to provide guidance for the experiment teaching of the course of principle of computer organization.

Key words： principle of computer organization； experimental teaching； teaching content； teaching process； teaching practice

1 問(wèn)題的提出

《計(jì)算機(jī)組成原理》課程是高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)本科生必修的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個(gè)專業(yè)課程中具有重要的地位。進(jìn)行年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)無(wú)論在軟件還是在硬件方面都得到了飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域都得到了越來(lái)越多的應(yīng)用?！队?jì)算機(jī)組成原理》課程為這些應(yīng)用提供了必不可少的基礎(chǔ)理論。然而，我們不得不面對(duì)這樣一個(gè)實(shí)際情況，那就是《計(jì)算機(jī)組成原理》課程偏向于計(jì)算機(jī)硬件，其理論性強(qiáng)，抽象，學(xué)習(xí)難度大。而我校的教學(xué)定位于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，因此，計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生普遍存在著重視軟件相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，而輕視硬件相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)的心理及現(xiàn)狀。如何通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的合理組織與安排，達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高課程教學(xué)的效果的目的，是一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。本文結(jié)合課程理論教學(xué)的實(shí)踐，從實(shí)驗(yàn)課程的理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等方面，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行介紹，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果進(jìn)行了歸納總結(jié)，以期為《計(jì)算機(jī)組成原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供思路和借鑒。

2 課程理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的教育目標(biāo)定位于使學(xué)生掌握單CPU計(jì)算機(jī)的組成原理與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成與結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)硬件的功能部件的組成及工作原理，為學(xué)習(xí)理解高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序如何被執(zhí)行的過(guò)程和原理提供理論基礎(chǔ)。具體教學(xué)要求如下：

1）理解各大部件互連構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。

2）理解單CPU計(jì)算機(jī)的完整硬件組成、基本運(yùn)行原理、內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制。

3）能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

4）在知識(shí)、能力兩方面都得到提高。

課程理論課的教學(xué)內(nèi)容按照馮·諾依曼結(jié)構(gòu)劃分，包括：

1）計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算方法，包括：定點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算、浮點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算；

2）計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器部件，包括：算術(shù)邏輯單元、定點(diǎn)運(yùn)算器結(jié)構(gòu)、浮點(diǎn)運(yùn)算器結(jié)構(gòu)；

3）存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括：存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、主存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器、其他形式的高速存儲(chǔ)器、虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)、輔助存儲(chǔ)器；

4）總線，包括：總線信息傳輸、總線的工作方式、總線仲裁、總線標(biāo)準(zhǔn)；

5）指令系統(tǒng)，包括：指令格式、尋址方式、指令類型；

6）控制器，包括：控制器的功能和基本結(jié)構(gòu)、指令的執(zhí)行過(guò)程、微程序控制器、硬布線控制器；

7）輸入/輸出系統(tǒng)，包括：外圍設(shè)備、輸入/輸出接口、輸入/輸出信息傳送控制方式。

3 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容按照理論教學(xué)進(jìn)程安排，以單元實(shí)驗(yàn)為主，每一章節(jié)的理論教學(xué)內(nèi)容都對(duì)應(yīng)安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并再最后安排一次貫穿課程全部?jī)?nèi)容的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。理論課教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

如表1所示，《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的實(shí)驗(yàn)由三大類構(gòu)成，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的構(gòu)成比例為4：3：1。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，目的是加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。同時(shí)，通過(guò)合理地安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的基本設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和形式，既幫助學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的各組成部分的結(jié)構(gòu)原理和工作過(guò)程有了充分的理解，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的教學(xué)效果。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

不同實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用不同的教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)和教學(xué)方法。

1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程和教學(xué)方法

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程包括：學(xué)生課前預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課前檢查→實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求的講解→實(shí)驗(yàn)原理的講解及實(shí)驗(yàn)芯片的介紹→操作步驟講解及示范→學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，教師個(gè)別輔導(dǎo)答疑→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收，評(píng)定驗(yàn)收成績(jī)。

2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程和教學(xué)方法

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程包括：學(xué)生課前預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課前檢查→實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求的講解→課程理論教學(xué)相關(guān)原理的回顧→實(shí)驗(yàn)方法的講解→學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)→學(xué)生設(shè)計(jì)成果檢查→學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)→教師實(shí)驗(yàn)總結(jié)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收，評(píng)定驗(yàn)收成績(jī)。

3）綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程和教學(xué)方法

綜合性實(shí)驗(yàn)是將前面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中的單元電路組合在一起，構(gòu)成一臺(tái)簡(jiǎn)單的模型計(jì)算機(jī)。使用的單元電路主要包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器，以及微程序控制器。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī)是用微程序控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通路的控制，通過(guò)執(zhí)行由機(jī)器指令組成的簡(jiǎn)單程序體現(xiàn)模型機(jī)的功能。其教學(xué)過(guò)程包括：學(xué)生課前預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課前檢查→實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求的講解→課程理論教學(xué)相關(guān)原理的回顧→模型機(jī)工作原理以及操作步驟的講解→操作示范→學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，教師個(gè)別輔導(dǎo)答疑→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收，評(píng)定驗(yàn)收成績(jī)。

最后，通過(guò)驗(yàn)收成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，綜合給出課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

近五年的教學(xué)實(shí)踐表明，《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)調(diào)動(dòng)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能主動(dòng)上手，將抽象的理論知識(shí)進(jìn)行了具體又直觀的展示，使理論教學(xué)內(nèi)容得到了形象化和具體化，有利于理論內(nèi)容的消化理解，有效地提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及動(dòng)手實(shí)踐的能力。

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