陳 燕 王德成

（安徽新華學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230088）

0 引言

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。 不管是國(guó)家統(tǒng)招還是自主命題， 計(jì)算機(jī)組成原理都是計(jì)算機(jī)類專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試的必選課程之一。 隨著“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)”的提出，計(jì)算機(jī)考研題型也在逐年更新， 但由于師資力量、 學(xué)生基礎(chǔ)以及實(shí)驗(yàn)條件的限制， 不同的學(xué)校在制定教學(xué)大綱時(shí)會(huì)有所不同， 而且在教材的選擇、 教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、 教學(xué)方法等方面都會(huì)存在差異， 這些都將直接影響到學(xué)生的考研成績(jī)。 因此， 如何將考研知識(shí)點(diǎn)融入到平時(shí)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容當(dāng)中， 實(shí)現(xiàn)一種教學(xué)效果和考研成績(jī)并重的雙贏模式， 是計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)中必須考慮的問題。

1 組成原理考研的考查目標(biāo)

統(tǒng)招以來，考查目標(biāo)共有三條，分別從硬件整機(jī)角度、軟件指令角度、計(jì)算和設(shè)計(jì)角度出發(fā)，說明計(jì)算機(jī)組成原理科目應(yīng)該掌握的內(nèi)容。 以2018 年為例，考查目標(biāo)如下：

（1） 理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、 組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式， 具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。

（2）理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面， 掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。

（3）能夠綜合運(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)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)；并能對(duì)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言（如C 語言）中的相關(guān)問題進(jìn)行分析。

這些考查目標(biāo)和大多數(shù)學(xué)校的計(jì)算機(jī)組成原理課程學(xué)習(xí)目標(biāo)是一致的， 都符合從具體到抽象的認(rèn)知規(guī)律。 第一條目標(biāo)是將一臺(tái)計(jì)算機(jī)裸機(jī)解剖研究后，再還原成一個(gè)整體；第二條目標(biāo)開始為裸機(jī)設(shè)計(jì)能“出席”各種場(chǎng)合的 “衣服”， 并結(jié)合解剖得到的知識(shí)， 學(xué)習(xí)這些“衣服”的基本設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法；最后一條目標(biāo)是要求學(xué)生從學(xué)徒成長(zhǎng)為一個(gè)師傅，并學(xué)習(xí)掌握作為一個(gè)評(píng)判者的基本技能，如分析、計(jì)算、評(píng)估和高層設(shè)計(jì)。

2 組成原理考研的真題分析

考試大綱是對(duì)特定考試科目的總體要求和說明，內(nèi)容比較寬泛。 而歷年的考試真題更能真實(shí)的反映各知識(shí)點(diǎn)的分布和側(cè)重。 針對(duì)歷年來真題分析， 本課程考試知點(diǎn)主要包括：數(shù)據(jù)表示、存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、CPU 和輸入輸出系統(tǒng)；所占分值較少的是總線部分，一個(gè)選擇題占2 分； 概述一般不單獨(dú)命題， 但是有些題中會(huì)用到這一部分的知識(shí)。在408 綜合題目中，計(jì)算機(jī)組成原理主要是在第43 和44 題， 也有些知識(shí)點(diǎn)是跟操作系統(tǒng)的交叉， 比如虛擬存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)管理知識(shí)點(diǎn)。 表1 給出2009-2017 年計(jì)算機(jī)組成原理綜合題目考察知識(shí)點(diǎn)。

表1 計(jì)算機(jī)組成原理綜合題目知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

3 考研知識(shí)點(diǎn)在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

了解了考研知識(shí)點(diǎn)的分布情況，結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)，將這些知識(shí)點(diǎn)有重點(diǎn)、 分層次地融合到日常理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中， 具體方式包括教學(xué)引入、 教學(xué)內(nèi)容參照考研大綱、習(xí)題分析考研真題、實(shí)驗(yàn)結(jié)合考研重點(diǎn)等。

3.1 教學(xué)引入

為激發(fā)學(xué)生興趣， 讓學(xué)生感受到本課程內(nèi)容及與高級(jí)語言的關(guān)系， 第一次課我們從分析一段高級(jí)語言程序開始，例如：

該程序在輸入的n=3、n=24 和n=31 運(yùn)行結(jié)果截圖如下圖1：

圖1 運(yùn)行結(jié)果截圖

為什么會(huì)出現(xiàn)這種結(jié)果？ 高級(jí)語言的程序編輯后如何存放？ 如何運(yùn)行？ 內(nèi)部運(yùn)算如何實(shí)現(xiàn)？ 帶著這些問題我們將進(jìn)入本學(xué)期課程的學(xué)習(xí)。

3.2 教學(xué)內(nèi)容參照考研大綱

我校計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)大綱制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)和研究生大綱中的考查目標(biāo)是一致的， 具體知識(shí)點(diǎn)分布卻有些差異。 結(jié)合我?！皯?yīng)用型本科”以及“系統(tǒng)能力培養(yǎng)”的要求，再結(jié)合考研需要，2010 年以來，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容不斷進(jìn)行優(yōu)化， 把重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)表示、 存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、CPU、以及I/O 系統(tǒng)上，以2017 級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)大綱為例， 我們制定的教學(xué)內(nèi)容如下表2 所示：

表2 本校教學(xué)內(nèi)容

3.3 習(xí)題分析考研真題

從歷年真題分析我們可以總結(jié)出，數(shù)據(jù)表示、存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和CPU 是組成原理的重要考點(diǎn)，除了概念外，很容易出綜合題。 這幾部分內(nèi)容也是計(jì)算機(jī)組成原理的重點(diǎn)， 課堂教學(xué)中經(jīng)常用一些例題和習(xí)題來復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)知識(shí)。 這些教學(xué)實(shí)例一般都針對(duì)特定知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)，相對(duì)比較單一，缺少變化，學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握這些例題時(shí)，自己思考和提升的余地很少。 而考研真題是具有多變性和綜合性，如果能將這些考研真題有針對(duì)性地引入課堂，作為教學(xué)實(shí)例，必然能激發(fā)學(xué)生的思考和學(xué)習(xí)興趣。 例如2017 年的43 題“C 程序表示如下……”就可以作為數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)運(yùn)算那章的綜合應(yīng)用題目。 通常情況下，考研真題一般涵蓋同一章中很多知識(shí)點(diǎn)， 直接照搬不太適合用作課堂教學(xué)的例子。 例如，2012 年關(guān)于輸入輸出系統(tǒng)的第44 題 “某16 位計(jì)算機(jī)中……”， 這道題涉及到數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)移位、指令流水線等。 這樣的真題很適合作為綜合性的課后作業(yè)，鍛煉同學(xué)們的綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。 在作業(yè)分析講解時(shí)，教師結(jié)合學(xué)生的作業(yè)情況，分析這些習(xí)題所涉及到的知識(shí)點(diǎn)與目前學(xué)生的掌握情況， 幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)不足，逐漸建立一種系統(tǒng)和整體的解決問題能力。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)合考研重點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)是讓同學(xué)們更好的掌握課程內(nèi)容， 結(jié)合考研常考知識(shí)點(diǎn)和我校實(shí)驗(yàn)室條件、 學(xué)生基礎(chǔ)情況， 我們采取“基本部件—CPU 設(shè)計(jì)—綜合設(shè)計(jì)”這種從基本到綜合逐步展開的思路。 具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括寄存器和總線實(shí)驗(yàn)（利用Protues 仿真軟件完成）、運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器的實(shí)驗(yàn)、 單周期CPU 設(shè)計(jì)以及指令集的擴(kuò)展（后面三個(gè)利用實(shí)驗(yàn)箱完成）。 對(duì)于多周期的CPU 以及流水CPU 有能力的同學(xué)期末選做去完成。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)組成原理作為專業(yè)基礎(chǔ)課，是“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)”主要課程之一，也是碩士研究生入學(xué)考試的重要課程之一，為保證同學(xué)們課程學(xué)習(xí)目標(biāo)和考研需求，經(jīng)過幾年的探索，我們有重點(diǎn)、分步驟地將考研知識(shí)點(diǎn)融合到課程日常教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中， 提升了計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)的效果，得到了學(xué)生的良好評(píng)價(jià)。 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)組成原理的日常教學(xué)與研究生入學(xué)考試兼顧的教學(xué)模式。