《计算机的组成》教案（精选8篇）
教学目标：
1、知识与技能：能够说出计算机的一般组成部分的名称，学会正确开关机。
2、过程与方法：能够说出计算机常见的输入、输出设备。认识计算机桌面，掌握开关机的基本操作。
3、能够规范地使用计算机，并注意爱护它。
教学重、难点：
重点：计算机从外观上看的几部分名称；显示器、键盘、鼠标、主机 难点：了解计算机的组成和名称、各个组成的作用 教学过程：
一、谜语导入：
不会说话会计算，不会想来却有脑，少了电源就睡觉，没有鼠标受不了。谜底：电脑 自主学习，探究新知
1、先请同学们自己看书上半部分，边看书边思考：
①计算机是由哪两部分组成？
②计算机硬件是由哪几部分组成？
计算机的介绍：计算机是一种能自动地快速处理数据和信息的电子设备
计算机的特点：速度快（每秒3840亿次）
精度高（可以精确地控制飞船飞行）记忆力强（100个首都图书馆资料）能自动控制
计算机的组成各个部分和作用
显示器：如同电视机一样，主要用来显示当前计算机的运行情况 主机：是计算机的心脏和大脑；是计算机运算和思考的中心
键盘：用来向计算机输入操作命令和信息的设备，分布有104个键。
1.鼠标：一种快捷地向计算机下达命令的输入设备。看上去像拖着长尾巴的小老鼠，所以叫鼠标。
开机：找到按钮进行开机 关机：开始→关机
教师巡视检查学生自学情况。
2、指名学生回答问题①，教师补充说明并注意纠正。学生答后，追问：谁来用自己的话说一说什么计算机的组成和作用
4、指名学生回答问题②，你有几种分法？怎样分？
从外观上看，计算机由主机、显示器、键盘、鼠标等部件所组成。
三、总结
这节课主要介绍的是计算机硬件的组成，和简单的介绍各部件的功能。通过这一节课的学习，让学生知道计算机的硬件设备。为同学们以后学习计算机打下基础。【课后作业】
1、计算机硬件是由哪几部分组成的？各部件的作用的什么？
1 加强实验环节的必要性
“计算机组成原理”不仅具有深刻的理论知识,而且是一门实践性很强的课程,需要理论和实验相结合,相比之下,实验教学在整个教学中占有极其重要的地位。实验环节是一个消化所学内容的过程,以此来验证基本原理,只有通过亲自设计问题,经过不断探究,才能了解解决问题的基本过程、思维方式及规律,这样才能充分激发学生的学习兴趣,调动学生积极性,提高教学效果。在从事“计算机组成原理”的教学过程中,如果只是单纯地讲授一些书本的理论知识,而不能很好利用实验材料,不能较好地做好实验,那么学生学到的知识除了应付考试,就没有一点实际用途。
计算机组成原理课程目前开设的实验教学完全是验证理论性的实验,一般采用的是现成的计算机模型实验系统,这类实验系统已将计算机的各个组成部分全部做好,学生只要按要求连线,拨动开关或编写微程序就能完成实验,该类系统对于提高学生的动手能力、动脑能力、提高学生对计算机整体和各个组成部分的理解及计算机系统综合设计能力有很大帮助[1],但是在实验教学中,也发现学生对实验过程不求甚解,缺乏对实验的主动思考,一遇到实验,就只是想尽快完成电路连接,完成老师不布置的课程任务,从未对原理电路中功能和工作逻辑进行深究,一味照搬老师的演示或实验指导书上安排的实验步骤完成实验,而对于步骤的缘因及电路结构从来不假思索。这样做实验,根本无法真正做到理论与实际的结合,有时竟然不知实验结果是怎么得出的,这种实验方法起不到培养学生综合运用所学知识和解决问题的能力,更达不到开发学生创新能力和培养应用开发能力的目的。因此,加强“计算机组成原理”实验环节,并对实验内容、实验教学方法和实验考核等方面进行改革是十分必要的。
2 加强实验环节的措施
2.1 实验内容的改革
面对接受能力、动手能力、自身努力程度就有很大差异的学生,在确保能在规定课时中完成教学任务的同时,还要求最大限度地发挥学生的主观能动性是面临的一个较大问题。为此,可对实验内容采取层次化改革,即分为验证性实验、设计性实验和综合性实验等三个层次[2]。
验证性实验,学生通过实验过程获得一些感性的认识和体验,进一步掌握基本概念和基本技能。运算器组成实验、存储系统实验、总线及数据通路实验等均属验证性实验。设计性实验,要求在现有的实验系统的基础上,学生通过亲自设计计算机的关键部分,可以进一步融会贯通理论教学内容,提高综合运用知识的能力。指令系统的设计、控制单元的设计、基本模型机的设计与实现等都属于设计性实验。综合性实验,它对学生有更高层次的要求,需要学生具有多方面的知识,注重所学理论知识的综合应用,培养学生的实际动手能力、思维能力和创新能力,是实验的高级阶段。复杂模型机的设计与实现属此类[3]。
在教学中,验证性实验要求所有学生都应在课内独立完成;而设计性实验只给定实验的题目及达到的目的,中间过程需要学生自己去查阅资料和设计方案,在课内以学生动手为主,教师指导为辅,通过探究、协作,直至最后调试完成;综合性实验,能对极少数兴趣浓厚、思维特别活跃的同学提出更高的要求,有一定难度和深度,应该在开放性实验室课外完成,也可作为毕业设计的题目。实验内容的安排应以设计性实验为主,验证性实验为辅,在实验次序上,由简单到复杂,由验证性实验到设计性实验,最后进行综合性实验,由浅入深,循序渐进[4]。
2.2 改进实验教学方法
2.2.1 搞好课前预习
实验预习是提高实验效果的一个重要环节。实验开出前,要求学生充分预习,并初步了解实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤和要求等。教师在上实验课时通过提问形式检查预习情况,并对预习中出现的问题引导学生共同探讨。这样,学生通过预习并经过受教师的引导之后,在做实验时就会思路清晰,能及时发现问题,其分析问题和解决问题的能力也得到提高,更易取得较好的实验效果。
2.2.2 重视实验过程
实验过程是实验成功与否的关键环节。在实验过程中,要摒弃以往教师先示范,学生模仿或按照既定的详细步骤完成实验的教学方法,应引导学生积极思考,手脑并重,最大限度地调动和发挥学生在实验中的主体作用。对于实验操作过程,教师只是简单叙述,将大体的步骤和相关的注意事项粗略地提示,供他们参考。对学生在实验过程中遇到的问题或出现的错误,不作正面回答或指出,而采用提示和设置疑问的方法让他们自己思考,并自己动手解决。这使学生对实验方法以及操作过程认识更深刻、理解更透彻,能很快地提高实验操作技能,有效地培养学生分析问题和解决问题的能力。
2.2.3 规范实验报告
实验完成后,要求学生按规范写出实验报告。实验报告是对整个实验过程的总结,要求学生能从实验的内容、原理、操作步骤、实验的数据和结果等方面进行分析,掌握其中的实验方法。过去,学生写实验报告时,大段地摘抄实验指导书上的实验原理和实验步骤,再附上实验数据或结果便完成了。这种机械式的实验报告对于培养学生的能力几乎没有丝毫的帮助,也不利于教师对学生学习情况的掌握,无法公平地评定学生的成绩,往往是文字抄得越多,字迹整洁就可得高分。如今,我们要求实验报告增加实验中的异常情况分析、实验方法的改进或重新设计、实验总结或心得等。这样做,使学生不再盲目追求实验结果的准确性,转为追求解决问题的方法和过程,有利于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,激发他们的学习兴趣和热情。
2.2.4 改革实验考核模式
为了达到加强实验环节的要求,可以加大实验成绩在整个计算机组成原理课程成绩的比重,从而突出考核和评价学生的实际应用和创新能力。课程总评成绩采用百分制:期末考试占60%,平时成绩(作业、课堂提问、出勤等)占10%,实验成绩占30%。若实验成绩不合格,则该门课程总评将不及格。实验成绩的评定方法为:每个实验中,实验预习占10%,实验态度占15%,解答问题占15%,规范操作占15%,创新实践能力占15%,实验结果占10%,实验报告占20%。所有实验的平均值就是最终实验成绩。
改革后的实验考核办法,既调动了学生学习的积极性,提高了他们对实验课的重视程度,又保证了成绩评定的客观性和公正性,有效促进了实验教学的质量提高。
3 加强实验环节的效果
实践证明,对“计算机组成原理”实验环节的改革,首先,能充分调动学生的学习积极性,使实验课气氛活跃,互动性变强,学生由以前填鸭式、跟抄式的被动学习方式转变为主动、动脑的学习方式,愉快地接受知识。在兴趣的指引下,他们会去利用大量的课余休息时间主动投入到实验设计中,探究实验的真实意义,学会自己提出问题质疑,相互讨论解决,动脑动手,分析实验的各个环节。实验完成后,学生可以很正确地、独立地写出实验原理、实验步骤、实验心得,总结整个实验过程。
从而完全能规范地写出实验报告。这样,又使学生在实验过程中增强了信心与兴趣,他们发现问题、分析问题和解决问题的能力得到了提高,有利于今后的继续学习,形成一种良性循环。在此期间,教师只是充当领路人的作用,带领学生完成好实验的过程。其次,在传统教学中只重视理论知识,学生并不积极思考的实验过程,甚至不愿意回忆过程,经过这样的改革,激发了他们学习“计算机组成原理”的潜在能力。学生在进入大学之初,一般都是奔着自己所喜爱的专业来的,所以说大半以上的学生应该都是很喜欢自己所学专业的,但是由于有很大一部分学生,在大一时没有培养好学习专业的方法,导致其对学习感到枯燥、乏味,最后对这门课程一点兴趣都没有。据了解很多数学生在刚接触到计算机实验课程时,就有一种恐惧心理。打破这种心理需要一定的时间和大量动手实验,但在以往的教学中由于方法单一的缘故,教师不能及时发现这样的问题,经过改革后的效果十分明显,使这部分学生能尽早的走出实验过程中不自信的阴影,积极投入到学习中去,恢复了创新的能力和解决实际问题的能力,重新挖掘出自己潜在的学习能力。最后,加强“计算机组成原理”实验环节后,学生的实践能力,专业技能得到了很大的提升,使他们能在实际社会应用中得到自信,确保了培养符合适应社会信息发展需要的人才,提高自我就业竞争力。
参考文献
[1]白中英,杨春武.计算机组成原理题解、题库、实验[M].北京:科学出版社,2004.
[2]白媛,张兴.计算机组成原理课程阶梯化教学研究[J].计算机教育,2007(10):50-52.
[3]王诚,宋佳兴,董长洪.计算机组成原理实验指导书[M].北京:清华大学出版社,2002.
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.
系统组成1
《计算机硬件系统组成》教学设计
一、教材分析
本课主要对整个计算机硬件系统进行简要介绍，通过本节课的学习，揭开计算机的神秘面纱，使学生充分了解计算机硬件系统的组成，为后续知识的学习和操作，打下坚实的基础。本节课的内容涉及很多专业术语，这些术语都是比较难理解和掌握的，大多数学生学习起来有一定的难度，教师在教学中可以通过学习活动，引导学生观察、分析、比较、归纳和总结，使之逐步掌握《计算机硬件系统的组成》的知识。
二、教学对象分析
本课程的教学对象是小学生，具有活泼好动的特点，怀着对初中生活的憧憬来到一个新的环境里，对每样事物都充满着好奇，都想去探个究竟。随着社会的进步，计算机的使用范围越来越广，计算机的硬件发展越来越迅速，计算机在家庭中的普及程度越来越高，很多学生的家中都有了计算机，但对计算机的认识可能仅仅局限于上网与打游戏，对于计算机硬件系统也只能从自己可以看到的来理解，认识比较片面，通过学习本节内容，可以让学生系统地认识计算机硬件系统。
三、教学准备 多媒体设备、CPU、CPU风扇、内存条、硬盘、主板、整机一套（未组装）
四、教学目标 知识目标：
1、掌握外部设备的组成；
2、识别主板、CPU、内存、硬盘并掌握其作用与性能指标；
3、能识别其他部件如显卡、声卡等并了解其作用；
4、了解组装计算机的主要部件的过程。能力目标：
1、培养学生的科学精神、创新精神和实践能力，提高学生对信息社会的适应能力
2、培养学生敢于动手、乐于动手的能力，以及理论联系实物的能力
情感目标：
1、通过教学探索，激发学生探求未知、认识新知的愿望，提高学习的积极性和主动性
2、通过介绍国产软件，对学生进行爱国主义教育，学生感受到知识的价值，对学习计算机产生深厚的兴趣。
五、教学重点、难点 1．教学重点 计算机硬件系统的组成、结构及各主要部件的作用。
2．教学难点
计算机硬件系统的组成及结构。
六、教学策略
本课的教学内容涉及较多专业述语、名词和概念，其中很多与学生日常接触到的内容不一致。因此在设计教学情境和活动时，通过展示计算机实物和观察多媒体图片，引导学生根据这些体验，认识所学内容，掌握专业词汇，理解概念，自主归纳总结出系统结构图，同时培养学生自主探究、协作学习的能力，完成教学任务。
七、教学过程
一、导入
小活动：用摄像头现场拍摄照片，然后立即通过投影仪展示给大家看。（用以吸引学生注意力和学习兴趣）
教师提问：大家知道我刚才用的这个计算机设备叫什么名字吗？
学生回答：摄像头
教师讲解：对，摄像头是计算机中一种很重要的输入设备，把我们平时见到的图像信息和视频信息输入到电脑中，像这样有用的设备，计算机中还有很多。今天我们就一起来学习一下，计算机硬件系统的组成（板书），你们想不想学？ 学生回答：想！
二、新授
1、出示教学目标：（请同学齐读）知识目标：
1、掌握外部设备的组成；
2、识别主板、CPU、内存、硬盘并掌握其作用与性能指标；
3、能识别其他部件如显卡、声卡等并了解其作用；
4、了解组装计算机的主要部件的过程。能力目标：
1、培养学生的科学精神、创新精神和实践能力，提高学生对信息社会的适应能力
2、培养学生敢于动手、乐于动手的能力，以及理论联系实物的能力
情感目标：
1、通过教学探索，激发学生探求未知、认识新知的愿望，提高学习的积极性和主动性
2、通过介绍国产软件，对学生进行爱国主义教育，学生感受到知识的价值，对学习计算机产生深厚的兴趣。
2、新授
教师提问：大家都知道，计算机又被人们称为“电脑”，这是一种比喻，就好像用电的人脑一样，是人脑功能的延伸和扩 充。因此，要了解计算机各部件的构成和作用，首先要了解人体各部位的功能。请问：人体的哪一部分能够进行计算，是人脑，还是四肢或五官？ 学生：是人脑；
老师：我们每个人都能记住自己的名字，人体的哪一部分能够进行记忆，是人脑，还是四肢或五官？ 学生：是人脑；
老师：人脑能命令我们的四肢和五官做出各种活动，是整个人体的中心。那么一个人光有大脑没有四肢和五官行不行？ 学生：不行。他没办法说话走路和写字。
老师：是啊！人脑再重要，也必须依靠四肢和五官将自己的功能发挥得尽善尽美。（将计算机各部件的功能与人体各部位的作用建立形象对照。）
老师：计算机也同人一样，有相当于大脑的中心部件，也有相当于四肢和五官的外部设备和辅助部件。我们先来介绍外部设备。
教师： 下面我请同学们将你知道的外部设备给大家分享一下，同时请你自动把它分一下类，是输入设备还是输出设备。学生：
输入设备：将信息输入给计算机的设备，常见的有键盘、鼠标、麦克风、摄像头等 输出设备：将信息输出计算机的设备，常见的有显示器、音响、打印机、投影仪等
教师：刚才我们介绍了各种外设,包括输入设备和输出设备,它相当于我们的四肢和五官,同学们猜一下计算机的大脑和心脏在哪里呢?答案是主机箱里，计算机中最主要的部件都存放在这里。
教师：我请同学们用3分钟时间快速浏览一下课本第18到第20页，同时请同学们组织一下语言，你来给大家介绍一下主机箱里你觉得很重要的的部件，并说出它重要的理由。教师讲解：谁能给大家介绍一下，在主机箱里，你认为的很重要的部件？（接下来学生的顺序也许和教案的顺序不一样，要随机应变，根据学生的顺序而改变讲解的顺序）学生：中央处理器（CPU）
教师补充：实物的样子：平时大家见到的是它外部的散热片和风扇，是因为它要高速运转，因此产热量也大，如果不加散热片和风扇的话，电脑一开机就当。但是它真实的样子是这样的（出示图片，有正面和反面的）它的表面是一张金属包的标牌，上面有CPU的型号、性能指标、产地等基本信息。标牌下面的才是真正的那张芯片，反过来，这么多密密麻麻的针脚是CPU和主板连接的部分，它们排列成正方形。但是为了区分方向，四个角上有一个角是缺一针的，并且在它相 对应的标牌的那一面，也是有一个金色三角形的指示标识的。
（多媒体展示CPU的实物和图片）
内部组成：它由控制器和运算器构成，它是一种封装好的超大规模的集成电路组成的系统部件，具有运算、处理和控制的功能，是计算机的核心部件。
功能：它的性能好不好，直接决定着这台计算机的性能的好与坏。他的一个重要的一个性能指标是时钟频率，简称主频。用来表示中央处理器的运算速度。主频越高，中央处理器的运算速度越快。目前流行的个人计算机中央处理器的主频已超过2GHz。
品牌：常见的中央处理器的品牌有：AMD和Intel，在现在的市场上，AMD的运算速度更快一点，如果想要玩大游戏的时候不卡的话，最好选用AMD的CPU，只是它的价位稍高一点，Intel的CPU，现在发展的也不错。
安装时注意事项：CPU功能这么强大，但是它却是一个娇气的家伙，安装它的时候却需要小心再小心。下面请大家看一下一段视频，是如何安装CPU和它上面的风扇的。
教师点拨：现在常用的CPU一般都是马来西亚、新加坡等一些地区生产的，我国虽然有一些自主研发的处理器，但是从稳定性和运算速度上来说，还是差的很远，但是外国有关的技术封锁的很紧，中国人要用CPU就必须得买他们的 产品，因此希望同学们能认真学习，在不远的将来为中国研发出高速高质的国产CPU。
教师提问：谁还能像刚才那位位同学一样给大家介绍一下，在主机箱中，你认为的很重要的部件呢？ 学生：内存储器 教师补充：
实物的样子：它是多个寄存芯片集成在一个线路板卡上，一般是绿色的，长条的，常被称为内存条。在内存条的下方，有一系列的表面镀金而且导电的触片，排列如手指状，被称为“金手指”，它是与主板进行连接的部分。为了区分方向，金手指的一端有一个缺口，没在正中间，同样，在主板的内存插槽上也有相应的隔断，插错了方向是插不进去的，除非你使劲硬插，但是我强烈建议你不要这样做。功能：它是计算机的临时存储单元。输入计算机的信息暂时存放在这里，等待中央处理器的提取和处理。虽然硬盘也有储存资料的作用，但是他们俩的速度相当于是闪电侠和乌龟。
但是很不幸的是，内存储器必须在供电的状态下才能保存资料，电源一拔，里面立刻空空如也。
容量：内存储器的容量的大小也直接影响计算机的运算性能。一般为512M到4G。扩大内存也可以通过增加内存条的数量或更换大容量内存条的方式实现。使用注意事项：随着每日频繁的计算机启动和关闭，芯片不断被加热和冷却，慢慢地芯片会偏离出插槽。最终导致接触不好，产生内存错误。
品牌：现在一般好的内存条的品牌主要有金士顿、宇瞻、现代等。
教师归纳量知识点： 存储容量的基本单位是字节（Byte），用B来表示，一个汉字占两个字节，一个英文字母占一个字节。常见的容量单位有KB（千字节），MB（兆字节），GB（吉字节）它们之间的换算关系是：1KB = 1024B，1MB= 1024KB，1GB = 1024MB。
教师提问：还有没有你认为重要的部件呢？ 学生回答：外存储器，教师补充：它是长这个样子的。（出示图片）
主要用于长期存放信息的存储器，它的存储量大，断电后数据不会消失，存取速度比内存慢的多，常见的有硬盘、软盘、光盘、优盘等。
硬盘容量常用GB表示，现在一般的硬盘通常在几百G以上。
它不能直接和主板进行连接，必须通过电源线和数据线和主板进行连接。因此也是早成它存取信息速度慢的一个很重要的原因。
教师归纳：输入设备、CPU（控制器、运算器）、存储 器、输出设备，构成了计算机系统的硬件系统。
（注意：在讲解硬件设备的过程中，一一展示实物，并用大家熟悉的称谓、型号来讲，并指出它们各自的相似与不同。比较我们国家的硬件生产发展与国外的差异，用以激发学生的爱国热情和学习动力。）
教师提问：你绝对不会看漏一样东西，因为装在主机底部的就是它，如果没有意外的话，它就是电脑里最大的零件。
学生：主板
教师：老师可最喜欢它了。因为它为中央处理器、内存和各种功能卡（如声卡、显卡、网卡等）提供插槽，为各种存储设备、输入输出设备提供接口。
（出示图片，详解各接口的连接设备，尤其要点明各接口的颜色是相对固定的）
而且它的功能也越来越强大，实行三包四包五包政策，可以实现显卡声卡网卡等一系列的功能。插在它上面或周边的零部件，都是由CPU控制的。简单的说，主板就是CPU与各零部件的沟通的平台，形成一套完整的系统。
教师问：大家看的显示器和投影仪输出出来的图像很好看，其实是一个零部件发挥着重要的作用的。那就是显卡。
显卡，看名字也就知道了它的作用，是将主机的输出信号转换成字符、图像等信号，传送到显示器上显示。它的名字是显示适配器，是连接主机与显示器的接口卡。一般集成 在主板上，你也可以根据自己的使用需要，比如看3D的画面或影片，或者处理一些图片或照片，你就可以购买一个独立的显卡，安装在主板的插槽中。
教师问：人们看到的是显示器输出出来的信息，那么人们听到的信息是从哪里发出来的呢？
学生回答：音箱播放出来的，教师点拨：对，音箱播放的也是计算机发出来的声音，但是音箱还有耳机只能播放声波那样的模拟信号，计算机发出来的只能是数字信号，是主板上的一个零部件实现了模拟信号和数字信号之间的转换，你知道是哪个零部件吗
学生回答：声卡
教师点拨：对，就是声卡。它是专门处理音频信号的接口电路板卡，可以连接话筒、音箱、耳机等设备。
教师学生互动：反复指认，反复记忆（提示学生，往往电脑上的插口的颜色也是为了提醒使用者不要差错，比如键盘的紫色插头、鼠标的蓝色插头耳机的红色插头和绿色插头）
小活动：教师：那现在老师这里有一个任务需要大家的帮助了，你能帮我一下吗？
教师：现在，咱们活动室里有一台电脑（将各个设备一一展示，并加强学生对设备的认识）谁能帮我组装一下，使它们能正常使用。每五个人一组，可以互相商量，限时一分 钟。
学生：现场演示
教师：没到前面来的同学不要失望，这个主板留在教室里让你们看一天，有什么不会的问题下课后可以互相交流。
3、总结
教师：同学们，我们这节课学了这么多重要的零部件，对电脑有了一个最简单的了解了。现在请同学们试着总结一下，电脑的硬件系统是由哪几部分组成的啊？
输入设备：键盘 鼠标 摄像头 麦克风 扫描仪等 输出设备：显示器 投影仪 打印机
音箱等 主
机 ：中央处理器（CPU）、外存储器（硬盘、U盘、光盘等）
内存储器、显卡、声卡等
4、当堂练习：
课后小记：
一、教学目标
1、掌握计算机的组成及各部件的作用。
2、知道什么是计算机软件，了解计算机软件的作用。
3、了解计算机的工作原理。
二、重点难点
1、认识完整的计算机系统的组成，并记住各部分的名称。
2、认识系统软件和应用软件的区别。
三、使用教具 电脑设备等
四、教学过程 1.引入新课
教师：大家已经知道了什么是信息，下面我们就认识一下处理信息的最好的机器－计算机，也就是我们大家通称的电脑。
2.内容组织
世界上第一台计算机的诞生 名称：埃尼阿克（ENIAC）诞生时间：1946年
诞生地：美国的宾夕法尼亚大学 重量：3万千克 占地167多平方米。计算机硬件系统
1主机：中央处理器、内存储器和主板等。
中央处理器：它是计算机的核心。就像计算机的大脑，它要完成计算机的各种运算，还要指挥计算机的各种耳背协调工作。通常它的型号决定了整机的基本性能。目前流行的计算机cpu的主要型号是奔腾系列。
内存储器：用于存储当前工作所需的数据或程序，相当于内部的存储中心。存储容量是内存的重要的性能指标，存储容量的基本单位为字节（Byte，简写B），常用的单位还有千字节（KB），兆字节（GB），吉字节（GB）。它们之间的换算关系为：
1KB＝1024B，1MB＝1024KB，1GB＝1024MB（3）其它设备：包括主板和接口卡、给各部件提供动力的电源等。外部设备：输入设备，输出设备、外存储器。
输入设备：键盘和鼠标是计算机的典型的输入设备。还有数码相机和扫描仪等。
输出设备：显示器，打印机、音箱等。
外存储器：软盘驱动器、光盘驱动器和硬盘驱动器。计算机软件系统
1系统软件：维持计算机正常运行，充分发挥计算机硬件的功能、支持应用软件的运行并提供服务的软件。操作系统、语言处理程序、服务型程序均属于系统软件。
2应用软件：是为解决某一实际问题而编制的各种应用程序。应用软件主要有：办公自动化软件，自动控制软件、辅助教学软件、辅助管理软件、辅助设计软件、娱乐软件等。
计算机工作原理 1冯•诺依曼结构计算机
冯•诺依曼是美籍匈牙利数学家。1946年就提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想。到现在为止，尽管计算机制造技术发生了巨大的变化，但是就体系结构而言，仍然是按照冯•诺依曼的设计思想制造的。他的设计思想可以概括为三点: 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。计算机内部采用二进制来表示指令和数据。
将编好的程序和执行程序所需要的数据存储在计算机中，启动程序运行，计算机自动逐条执行指令来完成任务。
2计算机的工作过程
五、课堂小结
计算机是最重要的发明。
计算机知识是浩瀚的，我们要努力学习。六、五布置作业
本次活动选自幼儿学习资源大班课程《5的组成》。
活动目标：
1、让幼儿掌握5的组成中的数字组合，通过操作的方法让幼儿了解这几个组合式怎么得到的。
2、让幼儿了解分解一个数字的方法，在活动中激发幼儿主动探索的精神。
重点难点：
1、本次活动的重点是让幼儿深入了解数字5，并掌握5的组成。
2、本次活动的难点是幼儿通过自主探索将5分成几个组合并依此类推掌握分解其他数字的方法。
活动准备：
1、形状像帽子的卡片5张，其中红色2张（一张稍大带缺口，一张稍小带花纹），蓝色3张（稍大，一张带缺口），数字卡片5一张，1、2、3、4各两张。
二：教法学法
教法：
1、创设生动的活动情境
教师通过创设具体的情景来激发小朋友的兴趣，抓住小朋友的注意力，引领小朋友们走进课堂。
2、发现法 通过教师展示图片让幼儿提高注意力，通过认真的观察发现卡片的不同点，从而调动幼儿的感官，参与到教学活动。
3、启发式提问法
教师通过启发式的提问提高幼儿的观察能力并激发儿童认真思考，促进儿童思维的发展。
4、活动操作法
通过生动有趣的游戏活动让幼儿更加深入形象的掌握5的组成，并有利于他们的记忆。学法：
1、多通道参与法
调动儿童的多种感官参与，教师提供图片，儿童自主进行观察，比较出它们之间的不同点，让幼儿大声的数数，利用手指帮助记忆等教学过程提高他们的感官参与。
2、尝试法
教师教给幼儿关于本次课程的儿歌，并让儿童尝试着唱这首歌，加深他们对课程的理解。
3、体验法
让幼儿根据老师教授给他们的歌曲自主去体验其中的含义，并学会举一反三。
三、教学流程
本次活动分为4个环节来进行：
1、创设情境，引发孩子的兴趣。
2、幼儿自主探索，感知理解。让幼儿主动观察5张帽子卡片里的不同点，并按照某一种不同点来区分卡片，每区分一种就带领幼儿数一遍每种卡片的数量并由数字卡片具体表示。
3、游戏活动让幼儿深入感知，通过朗朗上口的手指歌的形式让幼儿更清晰的掌握5的组成。学习儿歌的内容为： “小手小手摆一摆，一个手指伸出来，四个手指伸出来，五个手指摆一摆，两个手指伸出来，三个手指伸出来，五个手指摆一摆，三个手指伸出来，两个手指伸出来，五个手指摆一摆，四个手指伸出来，一个手指伸出来，五个手指摆一摆......”让小朋友们按照数字卡片的提示在老师的指引下再唱一遍儿歌。
4、教学延伸，掌握方法，让小朋友们学会利用手指的办法来掌握数字的组成，并学会利用这种方法，尝试学习其他数字的分解与组成。
关键词：虚拟实验,EDA,计算机组成原理,QAURTUSⅡ,仿真
传统的实验方法需要使用众多电子芯片,而且器件之间的接线也比较多,稍有不慎就会出现错误,导致不能正确做出实验结果。对于初学者来讲查错也是很困难的,而且费时费力,往往一节实验课在查错中度过,严重影响实验教学效果。使用EDA技术设计实验所用的电子芯片,方法灵活,通过“自下而上”积木式的设计,让学生直观的看到实验的各个芯片,易于学生对实验总体上和细节上的理解,从而加深学生对《计算机组成原理》课程的理解。与此同时,学生对EDA技术的接触,扩展了学生的知识,又激发了学生的学习兴趣。
Altera的Quartus II可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台,支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输入形式,内嵌自有的综合器以及仿真器,可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。
算术逻辑运算实验结构相对简单,用它作为实例,讲解基于EDA技术的计算机组成原理虚拟实验。
1 建立项目,选择输入方式
打开Quartus II 6.0软件,建立好项目。Quartus II 6.0支持多种硬件编程语言输入,同时还支持图形元件输入。由于图形元件输入方式直观,易懂,方便学生观察、理解和操作。所以选用图形元件输入方式来设计实验。单击“新建”按钮,出现对话框,选择Block Diagram/Schematic File选项,确定。
2 设计实验模拟图
选择好图形元件输入之后,会出现新的操作界面。在左侧工具栏中,选择“逻辑元件”,然后就可以选择所需要的电子元件了。根据实验需要,让学生清楚实验原理。可以用逻辑门电路先设计出1位ALU单元(如图1所示)。
然后对其封装,之后就可以在逻辑单元库中Project下直接调用1位ALU单元。配合逻辑门电路连接4个1位ALU,再进行封装就可以设计出实验所需要的4位ALU单元了,即74181集成逻辑芯片(Quartus II的元件库里有74181,可以直接调用)。现在把两个4位ALU,两个锁存器74273,一个三态门连接起来,再配合输入,输出端口,可以得到实验模拟图。(如图2所示)
3 编译
我们所设计的直观上看是模拟图,实际上是一个逻辑器件,需要进行编译,检查是否有错误,也为以后的仿真做好铺垫。在主菜单中选择processing,然后选择compiler tool,出现图3所示的编译窗口后,点start按钮。若无错误则编译成功。
4 实验仿真
编译成功之后就可以仿真实验了。这里用波形输入的方法来仿真。先建立一个输入波形文件,输入数据,系统响应后得到输出结果。
4.1 建立输入波形文件
在主菜单选择processing,然后选择simulator tool,出现图4界面。
在Simulation mode选择functional。然后要建立一个.vwf文件,即仿真波形文件。在这个文件中设置输入波形,即实验中要输入的实验数据以及开关控制都要在这个文件中设置好。点击open按钮,出现图5。
在仿真波形文件的窗口中,点击鼠标右键,在弹出的菜单中,选择insert node or bus在出现的窗口中单击node finder按钮。然后出现图6的node finder窗口,filter下拉菜单中选择pins:all,单击list按钮。在nodes found窗口中选择所需要的I/O端口,然后单击“≥”,所选择的端口就出现在selected nodes窗口中了。
选好之后,点击OK,在出现的菜单中点击OK,出现图7。在这个窗口中,name栏左边表示的是输入输出端口,“I”表示输入端,“O”表示输出端,由于还没有输入变量值,所以默认的输入都是低电平,输出是未知状态。
4.2 输入数据
根据实验步骤,分别向锁存器输入一个数,再通过ALU的控制端控制算术逻辑运算。在波形图的波形区域双击某一端口的波形,出现对话框,start time和end time设置起止时间,radix设置数制,numeric or named value设置数值。还可以单击某一端口的名称,右键打开菜单,选择value,再选择count value,出现对话框,与前面不同的是,这里可以输入按一定规律变化的数值。Counting菜单下Start value设置起始数值,end value是自动获得的,increment by设置每次数值变化量,count type选择binary;timing菜单下count every设置单位时间,multiplied by设置单位时间倍数,如图8。根据需要设置好参数,输入数据,设计好的仿真波形图如图9。
4.3 仿真并观察实验结果
数据输入好之后,就可以进行仿真了。在主菜单选择processing,然后选择simulator tool,在出现的菜单simulation input项中找到输入波形文件的路径。单击start按钮,系统开始仿真。如果没有错误,系统会提示仿真成功,然后单击report按钮就会出现仿真结果,如图10。
从图中可以观察到“O”端口和“cn4”端口的输出结果。对照74181的逻辑功能表,验证实验结果正确。
5 结束语
从上面的实例可以看到,在Quartus II软件的辅助下,很容易的设计出一个ALU单元。同样也可以设计出寄存器和控制器,进而搭建设计出一个CPU。这样容易让学生理解CPU的组成结构,以及各个组成单元的功能,进一步理解CPU是如何工作的。基于EDA技术的计算机组成原理虚拟实验与传统实验相比,其优点也是显而易见的,传统的实验很大程度上受实验箱的限制,只能做固定的几个实验,修改和扩展都相当受限。而在EDA技术的辅助下,实验的修改和扩展都是轻而易举的,即便是学生也可以实时的修改实验。这给予了学生充分的发挥空间,让学生积极探索,更加激发了学生的学习兴趣。
参考文献
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关键词:计算机组成原理;课程改革;教学方法;多媒体教学;实验教学
中图分类号:TP317.4文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 03-0118-02
Teaching Reform and Practice on“Computer Organization Principles”
Cui Weifeng,Hu Ying
(Shangqiu Teachers College ,Computer Science Department ,Shangqin476000,China)
Abstract:According to the characters and position of the course “Principles of Computer Organization”,To reform some aspects such as organization of teaching content,teaching methods,teaching instruments,experiment teaching,to improved teaching level and teaching quality.
Keywords:Principles of Computer Organization; Course reforming;Teaching method;Multimedia teaching;Experiment teaching
《计算机组成原理》是计算机各类专业学生的核心基础课程之一,从课程的地位来说,它是《微机接口技术》和《计算机系统结构》等课程的前导课程,在整个专业的教学体系中起着承上启下的作用。它的主要教学任务是让学生能系统地理解计算机硬件系统的逻辑组成和工作原理、掌握计算机系统的基本设计技术。但是由于这门课程具有内容多、难度大和更新快等特点,学生往往感到课程内容难学、难懂、概念抽象,教师在教学中使用传统的教学方法和教学手段很难实现教学目标。因此,在教学过程中教师应从以下几个方面对课程教学进行改革。
一、精心组织教学内容
教师在教学过程中要做到突出重点、突破难点。本课程的重点是计算机中的各个基本部件的设计思想、逻辑结构和工作原理,以及完整的计算机系统的基本组成原理。难点是如何以指令流和数据流为主线,将计算机的各个部件联系起来,建立整机的概念。如CPU如何从存储器中取出指令;控制器如何控制每一条指令的执行过程等。在教学过程中要围绕这些重点和难点来精心组织教学内容,设计教学的各个环节,通过运用多种教学方法、现代化的教学手段和工具以及有针对性的教学实验来实现重点的把握和难点的突破。
二、采用多种教学方法
为了使学生对所学知识有更好的理解,充分调动学生的学习兴趣,在实际教学中应灵活运用多种有效的教学方法。
使用类比教学法讲授课程中抽象的教学内容,可以让学生更容易理解。如讲解程序中断时,学生对中断处理过程不好理解,此时可以举例:假设两人正在下棋(程序中断中的主程序),忽然一人接到一个重要的电话(中断请求),这时棋局暂停(中断主程序,保存现场)、接通电话(处理中断服务子程序),等通话结束(中断服务子程序处理完毕),棋局继续进行(继续运行主程序)。这个例子形象地说明了中断处理的详细过程;讲解定点乘除法时,用熟悉的十进制进行类比;讲解偏移地址时,用学生在自己本班的学号进行类比。这样可以使抽象的概念和工作原理变得简单易懂,同时也提高了学生的学习兴趣。
在讲解动态存储器和静态存储器时,使用启发式教学法,首先引导学生对两种存储器的特点进行比较,找出不同之处,然后引发出它们在实际应用中应有哪些不同,这样逐层剖析,不仅可以提高学生的注意力,还能够提高学生分析问题和解决问题的能力。
另外在授课过程中向学生介绍本学科发展的新动向、新技术。如在讲解主存储器时增加目前常用的DDR2和DDR3内存的介绍;在讲解闪存时增加固态硬盘(SSD)的介绍;在讲解总线时增加现在的HyperTransport总线和PCI-Express总线的介绍。这样不但可以提高学生的学习兴趣,还弥补了教材和实际的脱节。
三、现代化教学手段和工具
由于本课程的内容覆盖面广、难度大、内容多,而且各部件的组成结构和控制电路都被封装在芯片中,工作过程都发生在芯片内部,讲解起来较为抽象。为了使学生更好地理解教学内容,提高教学效果,就要充分利用现代化的教学手段和工具。
(一)多媒体课件
多媒体课件可以加大课堂教学的信息量,而且其中的动画形式可以将抽象的工作原理和工作过程直观形象地表示出来。比如:在讲解指令的寻址方式时,用FLASH制作了各种常见寻址方式的执行过程,可以让学生直观地看到各种寻址方式寻址的过程,易于学生分析各种寻址方式的特点;在讲解CPU执行指令时,通过动画生动地反映了计算机指令被执行的详细过程,指令如何流动,数据如何获取,结果如何存放;其它如Cache替换算法和存储器工作原理等教学环节也可采用类似的教学手段。这样就能使学生直观地获得感性认识,加深学生对理论知识的理解和记忆。
(二)网络课程建设
利用校园网络搭建网络课程教学平台,通过网络教学平台,学生可以获得教学大纲、教学教案和讲义等资源,可以方便地提交作业和在线测试,还可以观看教学录像来实现自主学习。老师也可以通过学生在网络教学平台上反馈的信息,发现学生遇到的难点以及教学中的不足,及时对教学进度和教学方法进行调整,这样就能形成教师与学生的教学互动,提高课堂教学的效率。
四、实验教学的改进
实验教学是本课程的重要教学环节之一,通过实验能够使学生更加深入地理解计算机的结构和工作原理,从而提高学生对计算机系统进行分析和设计的能力。由于课本中讲解的是各种计算机通用的理论知识,而实验所用的实验箱则是一台具体的计算机,所以在实验前需要让学生清楚实验箱的结构和组成、每个部件的连接情况和部件使用的芯片类型、芯片的针脚结构等等,这样学生才能更深入地理解实验。同时实验室每周都定时向学生开放,除了可以进行验证性实验,还可以进行将所学知识综合运用的设计性实验。通过以上对实验教学的改进,不仅提高了学生的学习兴趣,而且提高了学生的创造和动手能力。
五、结语
我校近年来根据《计算机组成原理》课程的特点以及在教学过程中所遇到的难点,从教学内容的组织、教学方法、教学手段和实验教学等几个方面进行教学改革,提高了课程的教学水平和教学质量,取得了较好的教学效果。随着计算机技术的不断发展,《计算机组成原理》的教学仍然还有很多工作需要去研究和实践,只有不断探索、不断总结才能有效地提高教学质量。
参考文献:
[1]白中英.计算机组成原理[M].北京:科学出版社,2008
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[3]万萍.浅谈启发式教育的内涵与教学优势[J].社科纵横(新理论版).2008,(1)
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