计算机组成原理任务书
课程设计任务书
一、设计任务：
1、基本模型机设计与实现；
2、在基本模型机设计的基础上设计一台复杂模型机。
二、功能指标和设计要求：
利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，设计基于微程序控制器的模型计算机，包括设计相应的硬件平台、机器指令系统和微指令等。设计环境为TD－CMA计算机组成原理教学实验箱、微机，联机软件等。同时设计好基于模型机的测试验证程序，并在设计好的硬件平台上调试通过，以验证所设计的模型机功能的可行性与可靠性。在设计完成的前提下，撰写出符合要求的课程设计说明书并通过设计答辩。
1.基本模型机设计与实现
设计一台简单模型机，在具备基本必要的硬件平台的基础上，进一步要求其机器指令系统至少要包括五条不同类型指令：如一条输入指令（假设助记符为IN），一条加法指令（假设助记符为ADD），一条输出指令（假设助记符为OUT）、一条无条件转移指令（假设助记符为JMP）和一条停机指令（假设助记符为HLT）；在设计好的模型机基础上，设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，用以验证模型机功能的可行性与可靠性。
2.在任务1的基础上，增加机器指令系统的功能，设计具有不少于10条机器指令的复杂指令系统模型机，包含算术逻辑指令、访问内存指令、控制转移指令、输入输出指令、停机指令等。数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。利用设计的复杂模型机实现两个数的减法运算并判断差得正负，差为正数则输出A，差为负数则输出B，差为零则输出C。在设计好的模型机基础上，进一步设计一个测试验证程序，验证模型机功能的可行性与可靠性。
3、基本模型机和复杂模型机的CPU数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。
三、设计步骤：
1、确定设计目标 进行全面深入的模型机设计需求分析，确定所设计计算机的功能和用途。
2、总体结构、数据通路设计及硬件实现
总体结构设计包括确定模型机应具有的基本功能部件（如运算器、控制器以及基本的寄存器等等）以及它们之间的数据通路。
硬件实现基于现有的基本实验箱平台，根据所设计模型机选择必要的元器件，并通过接插件（各种连线等）进行器件连接，组成所设计的模型机硬件系统（物理机）。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，数据通路不同，执行指令所需要的逻辑操作就不同，计算机的结构也就不一样。在此基础上，在后面的微指令设计阶段，就可以依据数据通路关系确定模型机工作过程中的所有微操作，并进一步确定微指令格式中的相应微命令。
3、确定指令系统（机器指令系统）
确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。
4、机器指令转化为微程序执行的相关设计
过程2、3完成后，就可以根据机器指令系统进行指令周期分析，确定出每条机器指令的CPU周期数。对于微程序控制的计算机，进一步确定出每个CPU周期内的微操作（明确哪些微操作可以安排在同一CPU周期中，哪些微操作则不能）。设计出每条机器指令的方框图形式的指令周期流程图。
5、微指令代码化
依据指令周期流程图以及指定的微指令格式，将设计出程序格式中的各字段（操作控制字段、P测试字段、直接微地址字段）相应的二进制代码（即对应的微命令编码）。
6、设计微指令的相关微地址
根据后续微地址的形成方法（直接微地址或P测试转移后重新形成），确定每条微指令的相关后续微地址。确定好微命令在控存中的存放地址，并将所有微命令写入到控存的相应存储单元中。
7、组装、调试
7.1、在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。首先调试每条微指令功能，再调试每条机器指令功能。
连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。
7.2、当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。根据设计好的模型机，进一步设计一个功能测试验证程序，运行程序并验证所涉及的模型机功能是否可行和可靠。
四、课程设计报告要求：
课程设计报告要求打印,其中的数据通路框图、微程序流程图、实验接线图用VISIO等绘图工具软件绘制或用铅笔工工整整绘制，要求图文清晰，报告内容包括：
（1）封面
（包括：题目、所在系、班级、学号、指导教师及时间等项）（2）任务书（3）目录
（目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”）。（4）正文
正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求论述清楚，文字简练通顺，插图清晰，书写整洁。“设计”不同于实验，要充分体现出“设计”的思想，不能写成实验报告的形式。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：
1）课程设计题目；
2）课程设计使用的相关软硬件资源；
3）设计的具体方法和步骤（包括确定所设计计算机的功能和用途、总体结构与数据通路与硬件设计、指令系统、设计指令执行流程、确定微程序地址、微指令代码化、组装、调试、测试验证程序与功能验证情况。）
4）课程设计总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法等）；（5）附录
附录1：数据通路图 附录2：微程序流程图
附录3：实验接线图
附录4：实验程序及微程序 附录5：参考文献（资料）
五、设计工作量：
(1)作品：设计的最终作品包括硬件和软件两个部分，要求硬件实现正确，能够演示并达到设计指标的要求。每个学生（或小组）在作品完成后，要经指导教师检查，同意拆除后方可拆卸。(2)论文：严格按上述课程设计说明书的要求撰写和装订。每个学生一份。
六、成绩评定标准：
课程设计的成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。
优秀：完成复杂模型机的设计与实现，指令系统完备有更新扩充。调试成功。文档规范齐全。
良好：完成模型机的设计与实现，指令系统指令种类丰富有一定的更新。调试成功。文档规范齐全。
中等：完成基本模型机的设计与实现，在老师指导下对指令系统有更新。调试成功。文档规范齐全。
及格：完成基本模型机的设计与实现。调试成功。文档规范齐全。不及格：没有课程设计报告，无故缺勤，不能完成调试者不及格。
七、工作计划：
时间：18周周1~周5 讲授：2课时
设计及调试：26课时 设计报告编8课时 答辩：4课时
八、参考资料：
1、《计算机组成原理》教材，陈智勇主编；
关键词：计算机组成原理,任务驱动,教学模式
《计算机组成原理》是计算机专业的核心课、专业基础课程。它主要讨论了计算机基本的部件构成和组成方式,也包括基本的运算操作原理和单元设计思想、操作方式及其实现等[1]。课程的教学目标是使学生在熟悉计算机各功能部件的基本组成及工作原理的基础上,掌握计算机的工作过程及各部件之间的联系,明确数据流和控制流在机内的流动,建立起一个“整机”概念[2];为学习其它专业基础课和专业课打下一个良好的基础,并通过面向问题求解能力的培养提高学生的创新能力。而作为一所普通的三本院校,学生的知识结构和能力相对不足,加上课程本身知识面广、内容多、难度大、抽象性强等特点,在学院中普遍存在着“教师难教,学生怕学”的现象[3]。因此,对《计算机组成原理》课程进行教学研究和探索已经成为一个重要问题。
“任务驱动”教学是建构主义理论中的一种教学模式,主张教师将所要学习的新知识隐含在一个或几个任务之中,学习时学生通过对所提的任务进行分析、讨论,明确它大体涉及哪些知识,并找出哪些是旧知识,哪些是新知识,同时在老师的指导、帮助下紧紧围绕着共同的任务活动为中心,在强烈问题动机驱动下,找出解决问题的方法,最后通过任务的完成而实现对所学知识的意义建构[4]。此方法使学生处于积极的思考与学习状态,让学生带着真实的任务在探索中学习。学生掌握着学习的主动权,教师则应不断引导和激励学生前进。
在《计算机组成原理》课程的教学中,所谓“任务”是指以实际将要进行的五大部件的设计思想为工作为目标,通过五大部件组成的理论知识和实践知识来实现特定目标的过程,完成任务的结果具有一定的实际意义。“任务驱动”就是在“学习”的过程中,学生在教师的帮助下,紧紧围绕一个共同的课题任务活动为中心,在“问题”求解的驱动下,通过对学习资源的积极主动地“应用”,进行自主探索和互动协作的学习,解决问题的同时又提出新的课题任务,形成一个不断提出问题、解决问题的循环教学模型,产生一种学习实践活动[5]。
1 教学内容的整合与任务的设计
按照冯·诺依曼计算机结构的特点,计算机是由CPU(包括运算器和控制器)、存储器和输入/输出设备五大部件组成的。我们围绕五大部件基本组成、工作原理以及它们之间的数据流动、信息流动来设置教学中的课题任务;以先“整体”后“细节”最后再回到“整体”的顺序教学,层层深入细化,最后在控制器的学习中建立起计算机“整机”的概念,如图1所示。这样,学生对所提出课题任务进行分析、思考、讨论,在老师的帮助和引导下,通过解决一系列设置的课题任务和问题,将知识点融汇其中,最终达到学习的目的。
在教学过程中,我们采用“任务驱动”教学模式教学,通过启发和引导,激发学生探索学习的积极性,提高学生学习的兴趣。真正的任务就是我们在课堂教学中针对所讲授的内容而精心设计的课题任务。学生通过对课题任务的分析、思考和探索增强自身学习的积极性、主动性;在完成课题任务的过程中培养学生分析问题、解决问题的能力。经过课题组全部成员的精心研究,并结合我们英才学院的实际情况,设计并逐步实施了7个大课题任务。这7个课题任务要求引发了学生应该掌握的专业技能,蕴含了《计算机组成原理》中的基本的教学内容和需要掌握的知识点,具体如表l。
《计算机组成原理》课程的理论较为复杂,比较抽象,如果不能让学生独立地去完成一些课程中提出的课题任务,很难真正理解本课程的内涵。所以需要利用一些课题任务,根据老师提出的课题要求,来激励学生来自主地完成相应的课题任务,从而达到对理论知识的学习目的。
为了利用“任务来驱动”教学模式教学,我们根据所要讲授的理论知识和本校学生的具体情况,把相应知识点和实际问题联系起来。例如,在讲授《计算机组成原理》时,我们首先告诉学生,本课程的最终目标是让大家设计并实现一个最基本的计算机系统,这样就提出了针对这门课程一个大的课题任务。一个基本的计算机系统,包括运算器、控制器、存储器、输入/输出等几个基本模块,每个模块又可以分为较小的子模块,因此,我们根据具体情况,找出教学的切入点,将这个大的课题任务划分为7个子课题任务,这7个子课题任务还可以延伸更多的更小课题任务。如何划分这些课题任务,基本的原则是根据大多数学生的情况,课题任务的设计要难度适中;因为当学生独立完成一个课题任务后,让他们会有很大收获感和成就感,这样对该课程的后续的学习会起到极大地激励作用。在每次课堂上,我们根据学生的学习情况,把学生分成若干个小组,每个小组根据课题要求独立地去查阅相关资料,组织讨论,最终完成课题的分析与设计,并形成详细的课题任务报告。在这个过程中,绝大部分工作留给学生自己独立完成,开展好课堂实践,做好归纳与总结;我们仅仅给予必要的组织和引导,并对最终实践效果作出合理的评价。
2“任务驱动”教学模式在《计算机组成原理》教学中具体实施
“任务驱动”教学模式运用于《计算机组成原理》教学,大致可分为五个步骤:提出课题任务;分析课题任务;完成课题任务;归纳、总结和评价;再设课题任务。下面以实例---定点运算器的设计来讲述“任务驱动”教学模式的具体实施过程。
2.1 提出课题任务
在《计算机组成原理》教学中,我们通过详尽地分析有关运算器章节的内容,根据这一章节的教学目标和教学内容,结合我院学生的实际情况,提出了相应的课题任务。即设计一个8位的定点运算器,能够进行8位二进制数的加、减运算,两操作数由8位寄存器R0、R1提供,其结果放入R2中[6]。
2.2 分析课题任务
学生根据这个课题任务(设计一个8位的定点运算器)的描述,结合着自己已有的书本知识,首先进行查阅、收集资料。然后,在此基础上,再根据题目的要求进行自主地看书、学习,同时整理已收集的资料,分析课题任务,寻求解决方法。这一步骤有利于培养学生的思考问题的能力,有利于培养学生的分析问题及发现问题的能力。
2.3 解决课题任务
在分析课题任务之后,让学生试着绘制该运算器工作原理图,写几条指令。在这步骤中,我们应和普通学生一起参与到这个课题任务的解决过程中,同时,我们也应有意识地指导学生考虑问题的方向,避免学生少走一些弯路。然后指导学生在仿真软件上编辑、编译程序,打开“ISP下载软件”,将目标文件下载到isp LSI1032E芯片上,进行仿真和验证。这样,学生能够很好地把理论知识和实际操作紧密结合起来,从而提高了学生运用知识,解决实际问题的能力。
2.4 归纳、总结和评价
学生完成课题任务后,我们应该及时地对该课题任务的完成情况给予中肯的归纳、总结和评价。一方面,对于能够顺利完成该课题任务的学生,我们要给予充分的肯定,并指明下一步进行学习的重点;另一方面,对于完成该课题有困难的学生,我们要明确指明其知识结构中存在的缺陷,解决课题的问题时选择的不合理方法,同时也要指明今后应该努力的方向。通过归纳、总结和评价,我们让学生明白完成这个课题任务所要掌握的具体知识内容,使学生始终保持着昂扬的学习积极性。
2.5 再设课题任务
学生掌握了基本教学内容后,教师还可以设计新的课题任务。新设计的课题任务,应该具有综合性、开放性,这样能够给学生创新实践的机会,从而培养学生的综合应用的能力。例如在该课题任务的基础上,再设课题任务;即设计一个8位的由微程序控制器控制的定点运算器,能够进行8位二进制数的加、减运算,两操作数由8位寄存器R0、R1提供,其结果放入R2中。学生在完成课题任务的过程中,可能会碰到新的问题,这必将促使他们进一步思考,再次查阅资料,分析、讨论找到解决问题的方法。最终,培养了学生自主学习和探究的能力,全面提高学生的综合素质。
3 在《计算机组成原理》教学中运用“任务驱动”教学模式应注意的问题
3.1 设计的课题任务要具有合理性
设计一系列合理性的课题任务是完成教学目的和要求的关键;因此,设计的每一个课题任务都要有明确的教学目标和要求。我们紧扣教材内容,仔细琢磨教材中每个教学要点,设计出了七个具有代表性的大课题任务;另外,我们还从学生实际情况出发,考虑到学生掌握的现有知识,考虑到学生当前解决问题的能力,设计的课题任务不仅具体明确,具备可操作性而且难度适中,从而做到了因材施教。在“任务驱动”教学过程中,我们又根据教学的总体目标,把这七个大课题任务细分成一个个的子课题任务,并把每一个教学知识点隐含到一个个容易掌握的子课题任务之中,通过这一个个子课题任务来体现总的教学目标和要求。
3.2 设计的课题任务要具有驱动性。
在运用“任务驱动”的教学模式的过程中,我们还不能仅仅局限于让学生完成课题任务这个最基本的层面上,因为学生对新知识的学习还主要靠完成课题任务的过程中来获得的。因此,在整个教学过程中,我们要引导和启发学生去探索、研究完成课题任务的思路和方法;引导和启发学生自主动手去解决课题任务;并在完成课题任务的过程中,引导学生对课题任务进行讨论、总结和评价来获取新的知识。
3.3 设计的课题任务要具有开放性
每一个课题任务的设计必须具有一定的开放性,解决这个课题任务的思路和方法应该是灵活多样的,不应有固定的模式和答案。这样在完成课题任务的过程中,学生存在着探索和拓展的空间。我们鼓励学生在主动解决课题任务过程中能够即兴发挥,打破预定目标的约束,从而培养了学生的创造性和创新能力。
4“任务驱动”教学模式在《计算机组成原理》课程教学中取得的成效
4.1 利于提高学生的自主学习意识,激发了学生的学习兴趣
在“任务驱动”教学模式的教学过程中,教师在每次课中都给学生设计一个具体的课题任务,学生必须围绕该课题任务进行主动的分析、研究和探索求解问题的方法,因此,学生在潜意识中就具有学习的主动性,上课时也就会全神贯注。这样,在老师讲解和分析课题任务时,学生们由被动接受知识转变自主学习知识,由对老师的依赖心理转变为积极地思考和探索的行动,自主学习的能力自然会得到锻炼和提高,学生对知识的掌握和积累的过程就是在思考、探索和完成课题任务的过程中逐步建立和完善起来的,效果也会更好。
4.2 利于学生理论与实践紧密结合,培养了学生的实际动手能力
我们设计的每一个课题任务都是与所要讲授的新知识、新概念相关联的,因此,学生完成一个课题任务的过程也就是自主学习新知识、新概念的一个过程,同时也是学生将理论知识与实践操作紧密结合的过程。在课堂上,我们就某个具体课题任务怎样完成对学生们进行启发、引导开展教学活动;学生就某个具体课题任务如何完成进行思考、分析和探索展开自主学习活动;从而把原本枯燥乏味的理论教学活动变为解决、完成生动多样的课题任务完成的过程。在这个教学过程中,大大激发了学生自主学习的积极性,提高了学生的实际动手能力。
4.3 利于提高学生分析问题、解决问题,培养了学生的创新能力
例如设计一个微程序控制的运算器的课题任务,让学生自己按照设计要求在仿真软件上完成电路原理图的设计,下载到计算机组成原理实验平台上,然后将几条微指令输入存储器中。打开实验平台上的电源,按下脉冲按键就能够得到这几条指令的逐步执行的结果。在此过程中,学生也许会问:为什么输入简单的几条简单指令就能够得到执行?这些程序是怎么驱动硬件工作的,各代表什么意思?等等。因此,学生在完成该课题任务的过程中,进行的学习、思考、讨论极大地提高了学生分析问题、解决问题的能力。另外,在“任务驱动”教学过程中,我们还启发、引导学生在完成课题任务的过程中要善于发现课题任务中的问题,能够创造性地提出解决问题的方法,从而培养了学生的创新能力。
5 结束语
在《计算机组成原理》教学中,应用“任务驱动”教学模式不仅能够激发学生自主学习的积极性;而且能够很好的锻炼学生的动手能力,从而培养和提高了学生的创新能力。“任务驱动”教学过程中,我们将教学的内容巧妙地融于设置的各个课题任务之中,这样大多数学生通过参与解决设置的课题任务,从而达到了教学的目的和要求,取得了良好的教学效果。“任务驱动”作为一种全新的教学模式,我们还需要不断地进行探索、研究和思考,从而更好地发挥“任务驱动”在《计算机组成原理》课程教学中的作用。
参考文献
[1]唐朔飞.计算机组成原理[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]陈自刚.应用型本科院校“计算机组成原理”与“计算机系统结构”课程设置探讨[J].教育与教学研究,2008(6):100-101.
[3]蔡文伟.《计算机组成原理》教学实践中的几点思考[J].肇庆学院学报,2004(4):73-76.
[4]杨百灵,蒋东辉.任务驱动教学模式在“数据结构”课程中的应用研究[J].电脑编程技巧与维护,2009:114-115.
[5]陆宜梅.组装与维修课程应用任务驱动教学法的实践[J].辽宁高职学报,2008(10):25-27.
关键词：计算机组成原理；实验教学；改革
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21702-02
Discussing the Teaching Model of The Organization Principle of Computer in Computer Experiment Course
HAI Lin-peng,CHEN Feng
(Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)
Abstract:The paper discusses the teaching model of The Organization Principle of Computer in computer experiment course, and puts forward a few methods to improve the teaching effect by analyzing the present condition which exists in many Chinese universities. All of these can promote the development of teaching of The Organization Principle of Computer in Chinese universities.
Key words:The Organization Principle of Computer;experiment lesson;reform
“計算机组成原理”是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业基础课程。它是讲述计算机的一般结构、组成、原理的课程。本课程从计算机的基本概念、基本组成及基本功能着手，对计算机的各个基本组成部件的工作原理进行讨论，使学生掌握有关硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件如何有机连接构成整机系统的技术，为培养学生对硬件系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。本课程的基础课是数字电路、离散数学等，后继课程有计算机系统结构、微机原理等。学生通过这门课的学习，要掌握计算机的基本组成与运行原理的基本知识(主要是运算器和控制器)，计算机硬件设计、制造、调试和运行维护等多方面的基本技能。为此，这门课的实验环节就显得尤为重要。在开展好理论教学的同时, 对实验教学环节必须给予足够的重视。通过实验教学，使学生具有较强的分析问题和解决问题的能力，以适应科学技术的飞速发展。
1 “计算机组成原理”课程实验教学的现状及存在的问题
目前, 计算机组成原理课程的教学基本上都是采用理论教学+实验的方式， 这种方式被国内外大学普遍采用。课堂教学讲授基本概念和理论知识，实验主要是为了加深对基本概念和理论知识的理解及培养动手能力。我国的计算机组成原理实验教学基本采用“计算机组成原理实验箱+ PC机仿真终端”共同完成实验的方式。一般来说，这种结构的教学机的硬件部分都在实验箱上实现。我院教学主要采用的的是清华大学研制的TEC-2实验系统。TEC-2实验系统是清华大学专门为《计算机组成原理》课程的教学实验而研制的。该系统的硬件和软件完整，配备合理。 TEC-2机的主体，包括计算机的运算器、控制器、存储器三个功能部件 ，配备了两个串行接口电路，可以接终端、 PC 机或另一台 TEC-2机，装置上还设置了 20 余个钮子开关、两个十二位的微型开关、多个按键和 16 个发光二极管，用于手动方式的实验。此外，还配有多种实验接口板用 50 芯扁平电缆与接口机进行联机，学生可以在接口板上搭接线路，完成硬软件的调试实验。该实验设备从这门实验课开设之初到现在为计算机组成实验的教学立下了汗马功劳。 但是, 随着计算机技术的发展，它已经不能满足我们的教学目标，在这几年的教学实践中，我们发现了几点不足。
(1)实验设备的可维护性不好。TEC-2实验箱是上世纪90年代末的产品， 所采用的主要器件的型号比较老。现在这些芯片在市面就很难买到。过了厂家的保修期后，维护起来就比较麻烦。由于操作实验箱的的学生好多都不太熟练，难免有操作错误的时候，损坏芯片是常有的事。由于缺少相应软硬件支持，使得维修周期比较长，影响了实验课程的正常开设。
(2)实验的交互性不足。在实验课上, 教师通常会按着实验目的、实验内容、实验结果的思路给学生讲解, 然后演示。但是部分学生理解能力有差异，在课堂上往往掌握的不太好, 到了实验室面对实验箱经常不知所措，影响实验效果。如果有一个好的仿真软件, 教师在课堂上可以通过多媒体教学设备先模拟一下,让学生看到实验效果，那么实验的效果会好一些。
(3)实验的扩展接口太少。TEC-2实验箱厂家在设计的时候,根据需要用到了少量可编程器件, 这些都是有固定作用的, 学生不能改动其中的程序，整体功能还不强大，所以学生只能在实验箱上面做验证性实验，相对的提高性的实验完成起来就比较困难。
在教学过程中，我们还发现传统的实验教学模式也有几个问题值得注意。传统实验教学模式一般由这样几个步骤完成: 首先由老师简单讲解课堂实验的内容及原理。然后学生按要求的实验步骤完成实验项目。最后老师检查实验数据记录。这种传统实验的教学中，少了一个重要的环节，就是学生对本节实验课理解程度以及创新能力的考查。所以实验过程中经常有下面几种情况发生。
第一, 实验过程中不求甚解。现在上实验课，大部分学生在实验过程中, 只是按老师安排好的实验步骤完成实验，而对于步骤的原因及电路结构根本不假思索，对于芯片及电路的作用也不去考虑。实验做完了还是什么都不知道。这样做实验, 根本无法真正做到理论与实际的结合，也很难培养出动手能力强、有创新能力的学生。
第二, 学生对实验的主动思考能力没有调动起来。作为教师，在实验过程中我们不能只是等着学生来提问，而因该主动的去激发学生学习积极性。为此我们需要为每个实验设置一些要求学生动脑筋的思考点，激发学生对实验的思考，从而让学生真正掌握试验中所包含的知识。
2 相应的改进思路
(1)更新实验仪器设备。鉴于原有试验设备已经老化，我们申请购置一批新型的实验设备，主要包括TEC-XP实验系统。TEC-XP是16位的教学实验系统，它有自己的指令系统和监控程序，能够与终端或PC机相连，可以进行联机操作和执行比较完整的程序。实验系统分成主要的两个部分：一部分采用模块化的结构(运算器、控制器、主存储器、I/O接口和中断)构成一台完整的模型计算机，支持组合逻辑控制器和微程序控制器两种控制器方案，两种控制器紧凑合理，完成教学实验方便高效；另一部分采用先进的FPGA芯片，学生可自行设计CPU(流水和CACHE)。系统的软硬件配置完整，技术资料齐全，支持的实验项目多达14项，比现有设备多了许多。有了这套设备，我们就可以让学生体验更多的教学内容，锻炼学生的动手能力和自主创新能力，提高实验教学效果。
(2)加强与数字电路技术实验的衔接。“数字电路技术”是计算机组成原理这门课的重要的先导课，在教学过程中我们发现好多学生数字电子技术学得不好，直接影响到计算机組成原理这门课程的学习。在进行计算机组成原理实验时, 最难就是控制器部分的实验，它和数字电路技术中的组合逻辑电路设计和时序电路设计紧密相关。如果在上述试验中引入相关加法器的内容，则为学生学习组成原理实验打下了良好的基础。
(3)改革实验教学模式。为了改变学生在实验课上不求甚解得情况，我们决定改革实验教学模式。我们将实验分为三个阶段：基础性实验，验证性实验和设计性实验。在基础性实验阶段，学生将学习实验设备的使用，基本实验方法和技术，实验机系统结构的组成等。通过设计小实验的验证和应用，要求学生掌握实验系统中每个单元模块的内部结构及相关电子芯片的基本逻辑，理解单元模块的工作原理及该单元模块在整机系统中的应用；在验证性实验阶段，我们将要求学生掌握实验箱中指定的基础性实验项目。在实验以前，学生要先预习实验内容，并填写预习报告。我们在预习报告中将提出一些与实验有关的问题，要求学生作答。教师在确认学生预习报告合格后方可让学生进入实验室做实验。这样可以迫使学生必须去思考实验内容，从而为实验内容打基础；在设计性实验阶段，我们将利用实验设备的强大功能，让学生自行设计一些题目并加以实现，或指定一些题目。通过这一阶段的系列实验，要求学生能利用在第二阶段建立的整体思想，对指导教师提出的课题任务，提出解决方案，陈述原理的应用，自主设计实验所用的单元模块以及实验步骤，进而通过实践得出实验结论。学生在这一阶段, 通过自主实验的设计，整体素质将得到很大的提高。
3 结束语
计算机组成原理是一门非常重要的专业基础课，其实验教学过程尤为重要。我们希望通过我们的努力，能使学生学好这门课程，达到融会贯通，动手能力得到进一步的提高，为以后的课程的学习打下良好的基础。
参考文献：
[1]任春明,刘军.计算机组成原理实验教学的思考与改进[J].实验技术与管理,第23卷,第10期,2006年10月.
[2]杜根远,李娟.关于计算机组成原理课程及实验教学的探讨[J].实验室科学,2006年6月第3期.
[3]李彩虹,屈志毅,刘刚,马俊.“计算机组成原理”实验课教学模式探讨与实践[J].高等理科教育,2006年第2期.
进入了大二的最后一个学期，本学期都是专业课程，对专业知识的要求也有了提高。本学期学习了《计算机组成原理》让我对计算机系统的组成和工作原理有了较深的理解与感受，也让我对计算机有了一个崭新体会与理解。
《计算机组成原理》是计算机专业一门核心专业基础课，在专业课程内有着非常重要的作用，对于要学习计算机专业的学生来说是一门非常重要的课程，这门课程要求我们通过基础知识的学习，简化问题，理解模型机的工作过程，从而建立计算机系统、计算机整机运行原理的概念，而且计算机的组成及运行原理的基本思想已经渗透到由计算机衍生出来的许多领域，而且我们要想真正理解软件，就必须理解硬件，软件和硬件共存于计算机系统中。
首先计算机组成原理的第一章是计算机概论。计算机是由硬件和软件组成的，计算机的硬件包括运算器，存储器，控制器，适配器，输入输出设备等。软件也是计算机系统结构的重要组成部分，也是计算机不同于一般电子设备的重要根源所在。计算机系统是一个由硬件和软件组成的多层次结构。
而第二章是计算机中的数据表示。我们在这章中要理解计算机中的各种进位计数制，并且必须掌握二进制与十进制之间的转换方法，这是一项学好这门课必须掌握的，接下来要理解数的原码、补码、和反码的概念，还要理解定点数、浮点数的概念和表示方法，掌握数据校验码的原理。
第三章是运算方法和运算器。尽管有些计算比较麻烦，但是我知道这些是学习这门课的基础。以及相关的指令系统和处理器等的工作原理。使我在概论和数据表示的基础上对计算机组成原理有了更深一步的了解。
第四章是指令系统。这章我们需要了解指令系统的基本概念、要求，并要理解指令的含义，要求我们掌握指令的编码格式、字长和扩展方法，还有几种常用的寻址方式和理解指令的一些基本的执行方式。
第五章是重要的中央处理器。本章我们需要了解CPU的各个组成部分及其功能，要理解指令周期的概念、时序的产生及其功能、CPU的控制方式和微程序及其相关的概念，了解流水线CPU多核等一些典型的CPU技术。
第六章是存储器。这一章我们需要重点掌握存储器的分类、性能指标和层次结构，掌握随机存储器和只读存储器的工作特征。理解cache的基本原理和工作方式，了解虚拟存储器的工作原理。
第七章是系统总线。计算机总线的功能与组成，总线的概念、连接方式、总线的仲裁、总线的定时以及总线接口的概念和基本功能都需要有深入的了解。
第八章是输入/输出系统。输入/输出系统的功能与组成，教学机的总线与输入/输出系统实例。理解I/O设备的信息交换方式和掌握中断响应过程，还有就是了解DMA方式的基本概念的传送方式和了解通道的概念及工作过程。
第九章是计算机外围设备。这一章需要我们了解计算机外围设备的特点和发展趋势，要了解主要外围设备的工作原理，掌握主要的外围设备与CPU之间的信息传递方式和主要连接方式。
这学期也即将结束，通过学习计算机组成原理的这门课程让我了解到本课程是学习计算机专业的主要核心课程之一。我也基本掌握了计算机的基本组成和结构原理，各功能部件在整机中的作用以及所要完成的任务，掌握了程序和数据在计算机中是如何存储的以及指令在计算机中的执行过程，并且初步了解计算机外部设备的基本结构与工作原理，在以后的生活和工作中遇到计算机方面的问题打下了良好的基础。
现在是计算机的时代，计算机技术发展很快，现在已经进入了“无所不在的计算”时代，所以学习好计算机组成原理是必要的，对于我们电子商务专业的学生来说掌握一些计算机组成原理的专业知识也是非常重要的。
主存储器
硬盘
光盘
外存储器
正确答案为===>>外存储器
2.存储器是用来存储______信息的主要部件。
十进制
二进制
八进制
十六进制
正确答案为===>>二进制
3.CD-ROM是一种大容量的外部存储设备，其特点是______。只能读不能写
只能写不能读
处理数据速度低于软盘
既能写又能读
正确答案为===>>只能读不能写
4.CPU正在运行的程序和需要立即处理的数据存放在______中。磁盘
内存
光盘
硬盘
正确答案为===>>内存
5.在一台计算机中，______具有“记忆”能力。
运算器
存储器
控制器
CPU
正确答案为===>>存储器
6.在PC机中，主存储器的基本编址单元是______。
位
b
字
字节
正确答案为===>>字节
7.目前Pentium微机，一次主存储器读写操作，读写的位数是______位。128
正确答案为===>>32
8.主存和辅存的根本差异在于______的不同。
价格/位
速度
容量
存储器件
正确答案为===>>存储器件
9.硬盘属于______存储器。
外
易失性
主
快速
正确答案为===>>外
10.在存储系统中，______半导体存储器，断电后信息会丢失。
硬件
光盘
RAM
ROM
正确答案为===>>RAM
11.在下列存储器中，存取速度最快的是______。
ROM
Cache
硬盘
RAM
正确答案为===>>Cache
12.在微机中，存盘操作是指______。
光盘数据写入内存
硬盘数据写入软盘
内存数据写入外存
键盘录入数据写入硬盘
正确答案为===>>内存数据写入外存
13.正在编辑的Word文件因断电而信息丢失，原因是______。
存储器容量太小
ROM中信息因断电丢失
半导体RAM中信息因电丢失
没有执行Window系统的关机操作
正确答案为===>>半导体RAM中信息因电丢失
14.计算机的主存储器包括______两类。
硬盘和光盘
ROM和 RAM
内存和硬盘
RAM和硬盘
正确答案为===>>ROM和 RAM
15.CPU不可以直接访问的存储器是______。
Cache
硬盘
主存储器
RAM
正确答案为===>>硬盘
16.硬盘比软盘______。
容易损坏
速度快
容量小
便于携带
正确答案为===>>速度快
17.在计算机的存储体系中，Cache的作用是______。
扩大存储体系的容量
提高存储体系的可靠性
降低存储体系的价格
提高存储体系的速度
正确答案为===>>提高存储体系的速度
18.在计算机的内存储器中，ROM的功能是______。
保证存储器的可靠性
预防病毒的一种措施
用于存放固定不变的程序和数据
存放用户的程序和数据
正确答案为===>>用于存放固定不变的程序和数据
19.用户保存文件时，若弹出对话框提示用户存储空间不够，可能是指______写满或 容量不足。
磁盘
ROM
RAM
CD-ROM
正确答案为===>>磁盘
20.磁盘存储器的数据存取速度与下列______组性能参数有关。
平均等待时间，磁盘旋转速度，数据传输速率
磁盘存储器容量，数据传输速率，平均等待时间
平均寻道时间，平均等待时间，数据传输速率
数据传输速率，磁盘存储密度，平均等待时间
正确答案为===>>平均寻道时间，平均等待时间，数据传输速率
21.在微机中，若主存储器的地址编号为0000H到7FFFH，则该存储器容量为______。1MB
7FFFB
8000 B
KB
正确答案为===>>32 KB
22.下面列出的四种存储器中，属于非易失性存储器的是______。
Cache
DRAM
CD-ROM
SRAM
正确答案为===>>CD-ROM
23.CPU能直接访问的存储器是______。
优盘
CD-ROM
外存储器
Cache
正确答案为===>>Cache
24.和外存储器相比，内存储器的特点是______。
可以长期保存信息
速度快
容量大
成本低
正确答案为===>>速度快
25.在下列存储器中，属于外存储器的有______。
SRAM
DRAM
CD-ROM
Cache
正确答案为===>>CD-ROM
26.Word中，执行打开文件C:A.doc操作，是将______。
软盘文件读至主存
硬盘文件读至内存
软盘文件读至RAM
硬盘文件读至显示器
正确答案为===>>硬盘文件读至内存
27.对存储器的每一个存储单元都赋予一个唯一的序号，作为它的______。地址
容量
标号
内容
正确答案为===>>地址
28.在微型计算机中，系统约定的第一硬盘的盘符是______。
C：
D：
A：
B：
正确答案为===>>C：
29.软盘驱动器采用的磁头是______。
接触式磁头
固定式磁头
浮动式磁头
都不正确
正确答案为===>>接触式磁头
30.磁盘的磁面是由很多半径不同的同心圆所组成，这些同心圆称为______。
磁柱
磁头
磁道
扇区
正确答案为===>>磁道
31.由于磁盘上的内部同心圆小于外部同心圆，则对其所存储的数据量而言，______。都不对
内部同心圆等于外部同心圆
内部同心国大于外部同心圆
内部同心圆小于外部同心圆
正确答案为===>>内部同心圆等于外部同心圆
32.软盘携带时应注意避免______。
潮湿
流感病毒
噪声
以上都要避免
正确答案为===>>潮湿
33.优盘利用通用的______接口接插到PC机上。
USB
SCSI
RS-232
并行
正确答案为===>>USB
34.下列哪种外存不便于携带______。
软盘
移动硬盘
温彻斯特硬盘
优盘
正确答案为===>>温彻斯特硬盘
35.在PC机的主板中一般都配备有DIMM插槽，是用来插入______。
单列直插式内存条
SDRAM芯片
双列直插式内存条
DRAM芯片
正确答案为===>>双列直插式内存条
36.下列哪种存储器的速度几乎与CPU一样快______。
光盘
高速缓冲存储器
温彻斯特硬盘
优盘
正确答案为===>>高速缓冲存储器
37.在计算机的存储层次中，有关Cache的一个重要指标是______。
几何尺寸
命中率
存取时间
容量
正确答案为===>>命中率
38.目前，内存储器由______组成。
半导体集成电路
聚碳酸脂
磁性介质
氧化铝
正确答案为===>>半导体集成电路
39.集光、机、电技术于一体的存储器是______。
硬盘
移动硬盘
光盘
优盘
正确答案为===>>光盘
40.当你需要携带大量的图库数据时，你可选择将数据存储于下列______存储器中。软盘
硬盘
主存储器
移动硬盘
袁晓辉
200800834211
uPC实验
实验要求：
利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现微程序计数器uPC的写入和加1功能。实验目的：
1.了解模型机中微程序的基本概念。2.了解uPC的结构、工作原理及其控制方法 实验说明：
74HC161是一片带预置的4位二进制记数器。功能如下：
当 RST = 0时，记数器被清0
当IREN = 0时，在CK的上升沿，预置数据被打入记数器
当IREN = 1时，在CK的上升沿，记数器加一
TC为进位，当记数到F（1111）时，TC=1
CEP，CET为记数使能，当CEP，CET=1时，记数器工作，CEP，CET=0时，记数器保持原记数值 时序电波：
实验1：A、W 寄存器实验
实验电路：
实验步骤：
一、按照下列连接线表连接电路
PC实验
实验要求：
利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现程序计数器PC的写入及加1功能 实验目的：
1.了解模型机中程序计数器PC的工作原理及其控制方法。2.了解程序执行过程中跳转指令的实现方法。实验说明：
PC是由两片74HC161构成的八位带预置记数器，预置数据来 自数据总线。记数器的输出通过74HC245（PCOE）送到地址 总线。PC值还可以通过74HC245（PCOE_D）送回数据总线。在COP2000中，PC+1由PCOE取反产生。
当RST = 0时，PC记数器被清0
当LDPC = 0时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC记数器
当PC+1 = 1时，在CK的上升沿，PC记数器加一
当PCOE = 0时，PC值送数据总线 当ELP=1时，LDPC=1，不允许PC被预置 当ELP=0时，LDPC由IR3，IR2，Cy，Z确定
当IR3 IR2 = 1 X时，LDPC=0，PC被预置
当IR3 IR2 = 0 0时，LDPC=非Cy，当Cy=1时，PC被预置
当IR3 IR2 = 0 1时，LDPC=非Z，当Z=1时，PC被预置 实验电路
实验步骤：
一、按照下列连接线表连接电路
心得体会：
高等学校具有人才培养、科学研究、社会服务三大职能[1]。作为地方性院校, 笔者学校计算机科学与技术专业一直以培养服务一线的应用型人才为目标, 因此, 学生的实践能力培养尤为重要。《计算机组成原理》是计算机专业的核心基础课, 要求学生掌握CPU的硬件原理与结构, 通过实验为学生理解和分析硬件系统起到很好的铺垫作用, 在整个课程体系中占有重要地位。该课程具有涉及面广、抽象性强和学习难度大的特点[2], 往往理论课教学显得枯燥乏味, 学生理解原理也显得吃力。实验教学有助于化抽象为具体, 通过实际的时序电路、寄存器、运算器、存储器、控制器等单元的展示, 培养学生的学习兴趣, 提高学生的实践能力。
1 以培养学生设计能力为课程目标
(1) 在掌握实验原理的基础上, 以培养学生CPU设计能力为实验目标。目前实验室开设8个实验项目, 其中自行开发项目2个, 综合性实验项目1个。实验室开设的实验包括累加器实验、寄存器组实验、运算器实验、程序计数器实验、存储器实验、微程序控制器实验。计算机组成原理实验是学生实践能力培养过程中的重要环节, 其主要任务就是要求学生掌握CPU的硬件结构与原理, 培养学生的CPU设计能力, 同时在设计电路的过程中为后续学习嵌入式技术打下基础。计算机组成原理开设于电路原理、数字电子技术课程之后, 这时学生具有了一定的电路分析能力和简单电路的设计能力。在实验课程讲授过程中, 重点讲解实验原理和电路的设计原理, 结合学生之前的硬件基础把电路分析透彻。在做完寄存器组实验、运算器实验、存储器实验后, 可以把学生分组, 例如一组6名同学, 由基础较好的学生担任组长, 进行电路图的设计。在课余时间, 由组长组织成员进行电路板的焊接制作、调试完成, 最后组织学生对作品进行总结讨论, 提高学生的实践能力。
(2) 充分利用课余时间, 进行CPU设计实践能力培养。大学生活有大量的课余时间, 大部分学生特别是低年级学生往往在课余时不知道学什么, 没有学习目标。在实验课堂教学学生掌握了计算机主要组成部件工作原理、基本分析与设计方法, 因此, 可以利用课余时间进行CPU制作, 学习时序电路的产生、寄存器组、运算器、存储器、PC计数器的制作, 使学生对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力得到训练和提高。在课堂上完成电路图的绘制, 在课余时间, 完成电路的制作与调试, 并逐步把数字电路设计扩展到基于FPGA的设计, 从8位CPU的设计扩展到16位CPU的设计, 把实践教学延伸到课外。此外, 设计的作品可以反馈到实验课堂上, 作为实验系统的有益补充。课外实践活动项目如表1所示。
(3) 积极开展开放性实验、学科竞赛, 不断提高CPU设计的深度。实验室开放[3]指学生可以通过预约方式进入实验室进行选修实验, 或者进行一些个人兴趣实验和创新实验。学科竞赛是培养大学生综合素质和创新精神的有效手段和重要载体, 对于营造创新教育的良好氛围, 培养学生的创新精神、协作精神和实践能力, 激发学习兴趣和潜能具有重要作用。通过开展开放性实验和学科竞赛, 挖掘学生的创新思维。例如运算器、存储器的设计可以从数字电路设计到CPLD设计, 再到FPGA设计, 不断提高科技活动的广度和深度。
2 构建分级实验项目体系
在计算机组成原理实验中, 不同实验模块对培养学生能力具有不同效果。为了加强学生能力培养的层次, 实验室把所有实验项目按照能力培养层次进行分类, 形成三级实验教学体系, 即基本模块实验、综合性实验、设计性实验, 对学生能力进行分级培训, 逐步提高。
基本模块实验以验证型实验为主, 包括寄存器实验、运算器实验、存储器实验等, 主要是让学生学习CPU基本单元模块的组成, 理解单元模块的工作原理。本阶段是能力培养的基础阶段, 为后续的综合性实验和设计性实验做好铺垫。综合性实验阶段以综合型实验为主, 包括微程序控制器实验, 主要教学目标是建立计算机组成概念, 是能力培养的提升阶段, 也是关键阶段。设计性实验阶段是学生应用能力的培养阶段, 能对实际应用问题提出解决方案。要求学生在弄懂原理的基础上, 自主设计实验所用的电路单元模块以及实验步骤, 并进行功能实现。学生在这一阶段, 通过自主实验的设计、电路图的绘制、电路板的焊接、调试等一系列环节, 不断提高自身实践能力。
3 优化实验教学内容, 提高学生学习能动性
(1) 优化实验内容激发学生学习兴趣。每一个实验项目都预留有学生发挥的空间, 充分发挥学生的主观能动性和创造性。每一个实验项目都有一定的功能, 每一步都有实验结果, 这样不但可以化抽象为具体, 化枯燥为生动, 加深对实验原理的理解, 而且让学生每次做实验都有成就感, 对下次的实验感兴趣、有信心。
(2) 采用以学生为主的授课模式, 调动学生学习的能动性。优化实验教学内容, 在有些实验项目的教学中, 讲授完实验原理之后, 把学生分组, 由组长带领成员按照实验步骤分析实验现象, 掌握实验原理, 从而提高学生的自主学习能力。
4 改革实验考核办法
《计算机组成原理》实验成绩是整个计算机组成原理成绩的组成部分, 如果实验课程成绩不及格则整个课程不能通过, 且不允许学生参加期末理论课程考试和学期初安排的补考, 加大学生对实验课程的重视程度。实验成绩分为平时表现成绩、实验报告成绩、实验考试成绩。平时表现成绩由课内实验表现成绩和课外实践表现成绩综合而定, 根据课外实践项目的增加逐步加大成绩比重。实验考核方式为抽题方式, 确保每名学生的考题不同, 从而加大实验考试的难度, 题目包含课内实验项目和课外实验项目。考核时学生需得出正确的实验现象, 记录实验的设计方法、实验步骤。
5 改革实验教学方法
将实验教学过程分为4个阶段:实验预习[4]、实验操作、实验重现、实验报告。实验预习是计算机组成原理实验前必不可少的一个重要环节, 它能使学生在实验前对本次实验原理有一定的认识, 对本次实验步骤与现象有一定的了解。实验讲解由于受时间的限制, 一般为20分钟左右, 因此要在有限的时间内讲好实验原理和实验操作方法, 实验教师要抓住重点, 言简意赅, 并注重在讲授过程中与学生互动, 发挥学生的主观能动性。实验操作是实验成功的关键环节, 是实验教学的重要内容, 是学生平时成绩的重要组成部分, 是检验学生是否真正掌握实验原理的有效方式。在实验操作过程中, 要求学生在掌握实验原理的基础上, 通过实践来验证原理从而反馈于课程的理论教学, 同时通过实践操作培养学生的动手能力和专业素养。实验成功后, 要求学生对实验进行重现, 勾绘出实验的整个原理和过程, 并设计出电路原理图, 为课外实践活动打好基础。实验报告要求提供实验原理、实验器材、实验步骤、实验现象、实验问题等内容。
摘要：从《计算机组成原理》课程实验教学的目标、实验项目分级、实验教学内容、实验考核办法、实验教学方法等方面进行了探讨, 提出了以学生为主体, 发挥学生的自主能动性, 培养学生实践能力为目标的教学改革思路, 以提高实验教学水平及效果。
关键词：计算机组成原理,实验教学,自主能动性,实践能力
参考文献
[1]孙新德, 刘超慧.应用型本科计算机组成原理实验教学改革[J].电脑知识与技术, 2010, 27 (6) :7615-7616.
[2]马汉达, 赵惠.计算机组成原理实验室教学改革[J].计算机教育, 2010 (17) :30-33.
[3]张燕芬, 刘中成.新形势下高校实验室开放管理与运行机制的研究[J].实验技术与管理, 2013, 30 (3) :180-183.
关键词:计算机组成原理;课程改革;实践教学
一、引言
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业和软件工程专业的专业主干课,本课程围绕计算机的5大部件全面地阐述计算机的组成和工作原理,以及各大部件之间的关系,进一步引申出各大部件的设计实现方法。
在教学过程中发现,学生在学习这门核心课程的过程中普遍感到很吃力,究其原因,是因为《计算机组成原理》这门课本身在计算机科学与技术专业的系列课程中起着承上启下的作用,涉及内容较多。另外,这门课程还是一门强调动手实践能力的课程,由于硬件课程实践本身的复杂性,从而降低了学生的学习兴趣,导致学生“重软件、轻硬件”的现象。为此,针对本课程教与学中存在的问题,《计算机组成原理》课程组全体教师对教学内容、教学方法、实践环节进行了改革,以提高教学质量和教学效果。
二、教学内容的改革
为了更好的提高教学效果,在教学内容上提出了:选用优秀教材,去繁就简强调基础,以“计算机整机的概念与设计”为核心,理论实践并重的教学理念。
1.选用优秀的教材。
教材是学生接触这门专业课程的第一份资料,教材的优劣直接影响到学生的学习兴趣。好的教材最基本的要求应该是具有良好的可读性。首先要求教材要主线清晰、组织衔接合理得当,应该能够把一个深奥的问题说的浅显易懂,这样,对于基础不深的学生也可以理解;其次要求教材应该涉及面广泛,尤其要及时引入本专业的前沿知识;第三要求教材具有权威性,要选用国家级规划教材。如果教材的可读性良好,学生自学也可以完成,那么无疑培养了学生自我学习的兴趣和能力,对以后他们的工作学习都会有极大的帮助。
目前,我们选用的是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,国家精品课程主讲教材《计算机组成原理(第二版)》,该教材出版于2008年1月,作者唐朔飞长期从事计算机科学研究工作,她主编的《计算机组成原理》曾经获得教育部2002年全国普通高校优秀教材二等奖,2005年以该教材为核心的“计算机组成原理”课程被评为国家精品课程。
2.以知识结构为基础,合理安排教学内容。
要很好地组织教学,必须合理地组织知识结构,研究课程内容的联系,精炼出课程、章、节等各层的知识结构,构建一个知识的层次框架,形成知识的逻辑关系,逐步展开各层次的知识点的教学。在组织教学过程中,应该合理安排教学内容,重点难点多讲细讲,重要概念、重要原理讲细讲透,使学生能很好地理解和掌握;易懂的内容少讲粗讲,有些问题交给学生课下解决。
3.理论实践并重。
教学实践是计算机组成原理课程教学内容的一个十分重要的环节,经过计算机组成原理的课程学习,学生应该了解整个计算机的组成原理、工作过程及设计方法。在课程的教学过程中,采用了理论指导实践、实践促进理论教学的改革方案。最典型的例子就是在讲授控制器原理的部分,为了便于学生理解,在课堂上为学生设计了一个与实验用模型相同的模型机,充分做到让学生了解计算机的每个部件。这样即促进了学生的理论学习,也促进了学生的实验学习,二者互补并重。同时,在设计CPU的过程中涉及到数据表示、指令系统、运算电路、控制方式、指令流程、微操作流程等等的知识恰好可以与此前所学的理论知识呼应,做到了“学而时习之”。
此外,我们还时时注意在授课过程中引入新技术新理论,把基础理论知识和新技术、新知识有机的结合在一体。
三、教学方法的改革
在教学方法上我们提出了:采用“任务驱动”教学法拓展学生思维,采用CAI课件增加学生记忆,采用网络资源巩固学生知识的方法。
1.采用“任务驱动”教学法拓展学生思维。
为了提高学生对知识的理解,采用“任务驱动”的方式来拓展学生思维。具体方法是在学生充分掌握了基础知识的前提下,增加课堂讨论思考题目。
例如:运算器是计算机组成的五大部件之一,是《计算机组成原理》这门课程的重要部分,由于教学时间紧张,我们在讲明运算器的工作原理的基础上,要求学生自行设计运算器电路,以及运算器中的移位器电路。学生在自己设计电路的过程中对运算器的工作原理进行深入思考,使细节问题清晰化明朗化,既学到了知识,又提高了创新能力。
再例如:指令译码器是计算机控制器中的一个重要器件,通过它对指令进行译码,决定控制器对运算器的控制。译码器的电路直接影响到控制器的工作情况,也就影响整个CPU的效率,学生通过设计译码器,可以拓展思路,加深对控制器功能的思考,提高学习兴趣。
通过这样的训练,提高了学生的创新能力,形成了教与学的互动。
2.采用CAI课件增加学生记忆。
《计算机组成原理》这门课中,涉及到的知识点多,运用的方法也比较复杂,为了能够让学生快速的记忆各个知识点,我们在讲授过程中结合实际情况适当增加了一些CAI课件辅助教学。
例如在定点数乘法除法的运算中,增加了CAI课件使学生更直观地看到了该运算方法执行的过程,再例如在控制器部分,通过CAI课件显示出指令流、数据流流动的方向,便于学生加深对知识的理解。
3.采用网络资源巩固学生知识。
随着信息社会的发展,网络成为了一个新的巨大载体,各高校都组建了自己的校园网络。为了巩固学生所学的知识,我们也建立了《计算机组成原理》网络资源,资源中有教学笔记,教学课件,课后练习及答案等。教学笔记是课程组教师的学习笔记心得,即可以作为青年教师的教学指导也可以做学生的参考资料,更有利于对教材的理解。课后练习可以提供给学生一个自主练习的机会,因为每道习题都配有详细答案,充分弥补了课堂上讲解例题较少的缺憾。
此外,我们还注重学生双语方面的能力,由于课程内容较难,我们只采取了关键词用双语的初级双语模式,为学生以后阅读外文资料奠定基础。
四、实践教学的改革
实验、课程设计环节是教学工作的一个重要环节,是学生把理论知识与实际应用结合的机会,作为计算机科学与技术专业的核心课程,《计算机组成原理》这门课程必须开设课程设计。
课程组先后开发了《计算机组成原理创新性实验仿真系统》和《计算机组成原理课程设计实验仿真系统》,前者可以支持创新性实验,实现了让计算机硬件“动”起来的目的,后者可以在仿真系统上,进行CPU的设计,实现了一个能“算”起来的小型计算机系统。通过创新性实验和课程设计把原本枯燥的理论知识变成了灵活的应用,使学生的理解能力增强了,学习兴趣提高了。通过这些仿真系统进行课程设计,使学生综合分析问题和解决问题的能力得到了很大的提升,在这个环节中,教师可以因材施教,根据不同层次的学生安排相关难度的题目,充分发挥出学生的创新潜能。
目前,学院开设了Verilog HDL硬件描述语言课程,课程组利用新的实验设备进行真正的CPU设计,实现真正的小型计算机系统。把学生分成若干小组,按CPU模型理论设计、CPU模型Verilog HDL软件设计、Verilog HDL软件调试分工,每组3人,共同设计一个8位或16位的计算机系统。此课程设计独立设课,独立核算学分。这不仅促进学生的理论知识、实践能力,也是对他们合作能力的一种考察。
五、结束语
近几年来,课程组全体教师对《计算机组成原理》课程进行改革与实践,本课程正朝着理论与实践结合更紧密,课程内容更完善的目标前进。2002年,《计算机组成原理创新性实验仿真系统》获黑龙江大学教学成果二等奖;2006年,《计算机组成原理》课程被评为黑龙江大学校级精品课;2007年,《计算机组成原理课程设计实验仿真系统》获黑龙江大学CAI课件成果二等奖。课程组全体教师正在为早日使《计算机组成原理》课程成为黑龙江省省级精品课而努力。
参考文献:
[1]唐朔飞.计算机组成原理(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2008.
[2]易小琳,彭一凡.基于Verilog HDL的流水线模型机的设计与实现[J].北京工业大学学报,2007(10):1096-1101.
[3]易小琳,朱文军,鲁鹏程,等.计算机组成原理实践教学的研究[J].计算机教育,2006(8):152~154.
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计算机网络原理实验二06-18
基础计算机总结05-31
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