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計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)范文第1篇

關(guān)鍵詞：教學(xué)手段；教學(xué)模式；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2007)03-10862-02

1 引言

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的核心硬件課程，屬于必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，在人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位上起著舉足輕重的作用。它既有自身的理論體系，又有很強(qiáng)的實(shí)踐性。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在熟悉計(jì)算機(jī)各功能部件的基本組成及工作原理的基礎(chǔ)上，掌握計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程及各部分之間的聯(lián)系，明確數(shù)據(jù)流和控制流在機(jī)內(nèi)的流動(dòng)，從而建立起整機(jī)概念，為學(xué)習(xí)其它專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，并通過(guò)面向問(wèn)題求解能力的培養(yǎng)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。理論教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生基本問(wèn)題的解決方法、基本系統(tǒng)的分析方法、設(shè)計(jì)方法，從而掌握基本的計(jì)算機(jī)理論與概念。實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的能力。同時(shí)，該課程是國(guó)內(nèi)許多高校的考研課程，學(xué)好本課程也為今后學(xué)生報(bào)考研究生打好基礎(chǔ)。

針對(duì)課程特點(diǎn)，我認(rèn)為要上計(jì)算機(jī)組成原理這門課可以從教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等方面進(jìn)行改革。

2 教學(xué)手段

高等教育當(dāng)前面臨著一個(gè)新形勢(shì)，1998年以來(lái)，在政府及社會(huì)各界的努力下，高等教育有了巨大的發(fā)展，普通高校在校大學(xué)生的人數(shù)從1998年的628萬(wàn)增加到2006年的1600萬(wàn)，但是高等教育的師資卻幾乎沒(méi)有增加或增幅不大。在學(xué)生急劇增加而師資增加不多的情況下，這實(shí)際上是一種挖潛式的、最大限度利用原有資源的一種擴(kuò)招，這就勢(shì)必要求進(jìn)一步解放思想，想新的措施，采取新的辦法，進(jìn)一步采取新的手段開(kāi)創(chuàng)新局面，才能解決這樣一個(gè)大量的學(xué)生的需求和比較少的教師資源之間的矛盾。

2.1 多媒體教學(xué)手段

該課程課時(shí)由原來(lái)的4學(xué)時(shí)壓縮到3學(xué)時(shí)，而且計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異，理論上需要補(bǔ)充許多相關(guān)的內(nèi)容，如再采用傳統(tǒng)的板書(shū)，勢(shì)必?zé)o法完成本課程的教學(xué)任務(wù)。因此很有必要采用多媒體教學(xué)手段，提高授課效率，加大課堂信息的輸出量；而且采用多媒體教案形象直觀地表達(dá)課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)，有利于學(xué)生集中精力于知識(shí)的理解，可避免抄筆記造成的精力分散。但是由于多媒體信息量太大，有時(shí)候最好與板書(shū)相結(jié)合，在黑板上給出演算過(guò)程，這樣既可以使學(xué)生不感覺(jué)枯燥，又能使學(xué)生的思考與教師同步；這是在多媒體教學(xué)中應(yīng)該注意的一點(diǎn)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段

隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，學(xué)校已經(jīng)建立起完善的校園網(wǎng)，學(xué)生宿舍大多有寬帶，這為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供了可能。另一方面由于課程內(nèi)容較多，又是第一門硬件課，難度較大，需要詳細(xì)講解。同時(shí)計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的新技術(shù)（如智能芯片、量子芯片、哈佛結(jié)構(gòu)芯片、新的總線技術(shù)、ASIC、VHDL等）也必須加進(jìn)去，而教改又壓縮了課內(nèi)學(xué)時(shí)，這些要求在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)無(wú)法滿足，為此有必要開(kāi)發(fā)課程網(wǎng)站以提供有利支撐。通過(guò)網(wǎng)站，教師可以把上課的講義放到站上供學(xué)生瀏覽或下載；同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)站布置作業(yè)，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)站提交作業(yè)，教師在線進(jìn)行批改；另外教師還可提供在線答疑以便了解學(xué)生的掌握情況等。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

2005年學(xué)校購(gòu)進(jìn)南京偉福公司的Cop2000實(shí)驗(yàn)儀，該實(shí)驗(yàn)儀軟件集成編輯器，匯編器、調(diào)試器，可完全模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的所有功能，具有獨(dú)一無(wú)二的“模擬調(diào)試”能力?！澳M調(diào)試”為讓實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生寢室、實(shí)驗(yàn)課時(shí)向業(yè)余時(shí)間延伸提供了條件，同時(shí)也確保了實(shí)驗(yàn)室的有效管理，因?yàn)椤澳M調(diào)試”只需給學(xué)生一張光盤即可，并可任意復(fù)制。

同時(shí)Cop2000在硬件上對(duì)用戶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也具有完全的開(kāi)放性。Cop2000的運(yùn)算器和控制器都采用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)，隨機(jī)出廠時(shí)，已經(jīng)提供了一套已裝載的方案，用戶如不滿意，自己可用Xilinx公司的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)JTAG口下載。

目前市場(chǎng)上大部分實(shí)驗(yàn)儀都引進(jìn)了EDA技術(shù)，也就是通過(guò)EDA技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)組成原理中的大部分實(shí)驗(yàn)包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；借助Cop2000實(shí)驗(yàn)儀軟件和硬件的先進(jìn)性，大部分的實(shí)驗(yàn)學(xué)生都可以在宿舍完成，這樣實(shí)現(xiàn)了硬件實(shí)驗(yàn)軟件化的目的，學(xué)生在學(xué)習(xí)組成原理的同時(shí)，不知不覺(jué)學(xué)會(huì)了嵌入式系統(tǒng)中的一部分知識(shí)，為今后的課程打下了一定的基礎(chǔ)。

3 教學(xué)模式

“教學(xué)模式是指在一定的教育思想、教學(xué)理論和學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，在一定環(huán)境中教與學(xué)活動(dòng)各要素之間的穩(wěn)定關(guān)系和活動(dòng)進(jìn)程的結(jié)構(gòu)形式”。所以教學(xué)模式是教學(xué)思想，教與學(xué)理論的集中體現(xiàn)。改變教學(xué)模式必將導(dǎo)致教育思想、教學(xué)觀念、教與學(xué)理論的根本變革，甚至引起教育體制的根本變化。

3.1 小組合作學(xué)習(xí)

小組合作學(xué)習(xí)在形式上成為有別于傳統(tǒng)教學(xué)一個(gè)最明顯特征。它有力地挑戰(zhàn)了教師＂一言堂＂的專制，同時(shí)也首次在課堂上給了學(xué)生自主、合作的機(jī)會(huì)，目的是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)體的合作和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，發(fā)展交往與審美的能力，強(qiáng)調(diào)合作動(dòng)機(jī)和個(gè)人責(zé)任。但是在小組合作學(xué)習(xí)課堂中缺的不是活潑有余的教學(xué)情境，不是熱熱鬧鬧的教學(xué)氣氛，也不是表面的小組合作形式，而是充分利用小組合作學(xué)習(xí)提高教學(xué)效率的小組合作學(xué)習(xí)理論和策略。那么，如何使小組合作學(xué)習(xí)確確實(shí)實(shí)落到實(shí)處，獲得良好的效果呢？

在教學(xué)實(shí)踐中我悟出教學(xué)中不能為了合作學(xué)習(xí)而進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)進(jìn)行，才能發(fā)揮其最大的作用。

總之，小組合作這種學(xué)習(xí)方式符合學(xué)生樂(lè)于交往的心理需求，符合課改精神，有利于調(diào)動(dòng)起全體學(xué)生參與到學(xué)習(xí)的全過(guò)程，也有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作和社會(huì)交往的能力。但一切均應(yīng)從實(shí)際效果去考慮，防止走過(guò)場(chǎng)。

3.2 實(shí)施探究性學(xué)習(xí)的形式

探究性學(xué)習(xí)是指通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、調(diào)查研究、動(dòng)手操作、表達(dá)與交流等探究性活動(dòng)，獲得知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)方式。實(shí)施探究性學(xué)習(xí)的形式有兩種：一是“動(dòng)手做”學(xué)習(xí)，在這種方法的學(xué)習(xí)中，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)恼n程設(shè)計(jì)活動(dòng)和任務(wù)，使學(xué)生投入到真實(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)踐中去，在親自動(dòng)手操作的實(shí)踐過(guò)程中學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的積極態(tài)度。在這一過(guò)程中，學(xué)生們通過(guò)親自參加活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)、討論而自主構(gòu)建知識(shí)。教師可以提出建議引導(dǎo)學(xué)生而不是替代他們?nèi)プ觥６乔榫程剿鲗W(xué)習(xí)，此類學(xué)習(xí)形式是以“例題+ 問(wèn)題+ 小結(jié)”的形式組織學(xué)習(xí)材料，使學(xué)生自主地獲取知識(shí)。采用這一方法，教師不需要通過(guò)講解傳授知識(shí)，而是為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)考察實(shí)例和解決問(wèn)題，自主地歸納和發(fā)現(xiàn)所學(xué)的知識(shí)[6]。

4 教學(xué)內(nèi)容

多年以來(lái)，我國(guó)高校計(jì)算機(jī)教育是按照培養(yǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)研究者來(lái)進(jìn)行的，我國(guó)高校的計(jì)算機(jī)教材，通常都是偏重于所謂的理論教育和素質(zhì)教育，即注重講授知識(shí)產(chǎn)生的來(lái)龍去脈和體系背景，而忽視了新技術(shù)的日新月異的突破和發(fā)展。當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)以一日千里的速度迅猛發(fā)展，而高校計(jì)算機(jī)教學(xué)卻仍然停留在計(jì)算機(jī)技術(shù)的初期階段，目前高校基本上是圍繞基礎(chǔ)理論加通用PC機(jī)來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)教學(xué)的。事實(shí)上計(jì)算機(jī)技術(shù)已獲得了空前的發(fā)展，其應(yīng)用已滲透到社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與行業(yè)應(yīng)用的緊密結(jié)合，通用PC已經(jīng)不再是IT舞臺(tái)的主角，像嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、集群計(jì)算、智能控制等新技術(shù)，正逐漸成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的新潮流。抓住計(jì)算機(jī)發(fā)展的新趨勢(shì)，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容上相應(yīng)地做了一些探索。

4.1 教材使用與建設(shè)

課堂教材：我們廣泛選用國(guó)內(nèi)名校名家的教材，并優(yōu)先選用國(guó)家優(yōu)秀教材。如：《計(jì)算機(jī)組成原理》，唐朔飛編，高等教育出版社；《計(jì)算機(jī)組成原理》，白中英編，科學(xué)出版社；等。但是，我們也不拘泥于教材，課堂教學(xué)中根據(jù)不斷變化的新形勢(shì)增添新內(nèi)容，補(bǔ)充新知識(shí)，既為同學(xué)們學(xué)習(xí)后續(xù)課程創(chuàng)造好條件，又適當(dāng)?shù)乇ＷC教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。

配套實(shí)驗(yàn)教材：根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，自編了《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，實(shí)驗(yàn)教材將隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的變化，重新編寫更新，一般每?jī)赡晷抻喕蚋乱淮巍?/p>

目前課程組準(zhǔn)備自編適合自己學(xué)生和特色的教材，希望新教材能囊括計(jì)算機(jī)近年來(lái)快速發(fā)展的新知識(shí)、新技術(shù)。

4.2 促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的擴(kuò)充性資料使用情況

在課堂教學(xué)中，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有意識(shí)地?cái)U(kuò)充計(jì)算機(jī)組成原理的衍射知識(shí)，同時(shí)還在課堂上指導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)的書(shū)籍、報(bào)刊及文獻(xiàn)。為了開(kāi)闊學(xué)生的視野，我們隨時(shí)整理計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的前沿知識(shí)，以電子文檔的形式發(fā)給學(xué)生，網(wǎng)站建成后，則把它們掛在了網(wǎng)上，由課程組指定專人及時(shí)更新。

我們初步建立了“計(jì)算機(jī)組成原理”教學(xué)網(wǎng)站。網(wǎng)站提供了許多擴(kuò)充性資料，供學(xué)生開(kāi)展課后復(fù)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)。主要包括：大量精心制作的動(dòng)畫學(xué)習(xí)課件，功能完備的在線動(dòng)畫模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。借助網(wǎng)站，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，選擇所需內(nèi)容隨意閱讀，還能靈活方便地與老師進(jìn)行交互。網(wǎng)站的建立，很好地滿足了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的需要。本課程還提供了許多國(guó)內(nèi)外與“計(jì)算機(jī)組成原理”相關(guān)的教學(xué)資源，包括網(wǎng)站、參考文獻(xiàn)資料、教材、PPT講稿等。

4.3 配套實(shí)驗(yàn)教材

編寫實(shí)驗(yàn)教材的目的在于加強(qiáng)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)指導(dǎo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教材的學(xué)習(xí)能夠培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)各功能部件的分析設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力，從而提高學(xué)生的自行設(shè)計(jì)、調(diào)試分析不同電路的工作能力，達(dá)到在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用理論知識(shí)的目的。借助實(shí)驗(yàn)教材，可使學(xué)生步步為營(yíng)，層層加深，最后使學(xué)生將原理知識(shí)系統(tǒng)掌握，全面貫通，同時(shí)可使他們積累一些實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和技巧，熟悉一些中大規(guī)模集成電路的使用及分析方法，為開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)和今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)幾年來(lái)的實(shí)踐，我們深化了教學(xué)改革，提高了教學(xué)水平，完善了教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了課程的建設(shè)與發(fā)展。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力起到了積極作用，為學(xué)生學(xué)好后續(xù)課程、從事工程設(shè)計(jì)工作打下了良好的基礎(chǔ)。但是教學(xué)改革涉及的面很廣，社會(huì)的發(fā)展需要改革，科技的發(fā)展和學(xué)科的建設(shè)需要改革，廣大學(xué)生和教師自身的發(fā)展也需要改革;而且教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的改革是相互關(guān)系的，方法上的改革必然牽動(dòng)內(nèi)容，內(nèi)容上的改革必然推動(dòng)體系更新，反之亦然。因此教學(xué)改革不會(huì)一蹴而就，它是一個(gè)逐步深化的長(zhǎng)期過(guò)程。教學(xué)改革的效果應(yīng)該是教學(xué)質(zhì)量的不斷提高和教學(xué)效率的不斷上升[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王化蘭.計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索.1999（5）：40-42.

[2]徐愛(ài)萍，劉建英，吳松梅.計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)改革研究[J].重慶：高等建筑教育.2004（1）：54-55.

[3]唐景莉，溫小樂(lè).教育部高教司司長(zhǎng)談高教“質(zhì)量工程”[DB/OL]. .

[4]唐朔飛主編.計(jì)算機(jī)組成原理.北京：高等教育出版社[M].2000.

[5]白中英主編.計(jì)算機(jī)組成原理.北京：科學(xué)出版社[M].2000.

計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)范文第2篇

 

一、計(jì)算機(jī)組成原理的課程的教學(xué)現(xiàn)狀

 

(一)課程本身的特點(diǎn)決定這門課程教學(xué)難度大

 

1、基礎(chǔ)概念多的特點(diǎn)

 

計(jì)算機(jī)組成原理這門課程由于內(nèi)容較多，所涉及的基礎(chǔ)概念也較多。在CPU模塊有微程序、微指令及流水線等系統(tǒng)類概念，其中ALU部分有原碼、補(bǔ)碼等與編碼相關(guān)的概念;在存儲(chǔ)器部分，與存儲(chǔ)器單元相關(guān)的有RAM、SRAM、DRAM、ROM及各種ROM設(shè)備，與存儲(chǔ)系統(tǒng)相關(guān)的有cache存儲(chǔ)器、虛擬存儲(chǔ)器等概念;外設(shè)部分有中斷等信息的各種傳送方法。對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)的各種性能指標(biāo)。對(duì)各個(gè)概念，靠單本文由LWlm.cOM收集整理純記憶的方法很難掌握，必須放在系統(tǒng)中學(xué)習(xí)。

 

2、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)

 

計(jì)算機(jī)組成原理這門課程首先要考慮其原理性，現(xiàn)在仍然采用馮.諾依曼式計(jì)算機(jī)模型作為基本模型，但也要考慮現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展，以融入實(shí)際的需要。如何對(duì)內(nèi)容進(jìn)行合理的安排、銜接，對(duì)任課教師來(lái)說(shuō)，是一不小的挑戰(zhàn)。

 

3、內(nèi)容抽象的特點(diǎn)

 

要讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)的工作原理、方法和實(shí)現(xiàn)，需弄清數(shù)據(jù)和信號(hào)在計(jì)算機(jī)各部件件間的流動(dòng)情況，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，這看不見(jiàn)也摸不著，如何將信息流動(dòng)的復(fù)雜情況形象、生動(dòng)地向?qū)W生展示、講解，教師對(duì)此需要作出相當(dāng)?shù)呐Α?/p>

 

(二)學(xué)生對(duì)該們課程的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

 

大部分的學(xué)生認(rèn)為，我們學(xué)的專業(yè)是軟件工程，專業(yè)是“偏軟”的，而計(jì)算機(jī)組成原理這門課程是“偏硬”的，對(duì)其轉(zhuǎn)為實(shí)際能力表示懷疑。由于對(duì)這門課程在學(xué)科中的作用認(rèn)識(shí)不明確，在學(xué)生中就有一種印象，學(xué)習(xí)這門課程主要目的是修學(xué)分的需要，另外還有考研的需要，但考研的學(xué)生比例較小，再加上這門課程本身的學(xué)習(xí)難度，因此認(rèn)真學(xué)習(xí)且能學(xué)好這門課程的人數(shù)就不多了。

 

二、對(duì)組成原理教學(xué)的幾點(diǎn)建議

 

(一)根據(jù)課程設(shè)置需要對(duì)教學(xué)學(xué)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整

 

根據(jù)不同的專業(yè)，學(xué)生的不同層次，及大部分學(xué)生的就業(yè)方向?qū)υ撜n時(shí)設(shè)置不同的教學(xué)學(xué)時(shí)。報(bào)告[3] 中指出，對(duì)于多數(shù)調(diào)查對(duì)象為畢業(yè)生的調(diào)查結(jié)果，多數(shù)人認(rèn)為這門課開(kāi)設(shè)為64、48或32學(xué)時(shí)。而48學(xué)時(shí)的人稍多些。這與本人想法基本一致，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)，作為導(dǎo)論型的，32學(xué)時(shí)足矣;對(duì)于軟件專業(yè)，其目的主要是通過(guò)掌握其基本原理，能更好的為軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)服務(wù)，開(kāi)設(shè)48學(xué)時(shí)，其中8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)較合理。而對(duì)于偏硬件的計(jì)算機(jī)專業(yè)，可以根據(jù)需要，開(kāi)設(shè)56或64學(xué)時(shí)。

 

(二)對(duì)學(xué)生對(duì)該門課程的認(rèn)識(shí)進(jìn)行相應(yīng)正確引導(dǎo)

 

由于是一門基礎(chǔ)理論課，加上本身的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，可能內(nèi)容較為枯燥，因此學(xué)生可能會(huì)因?yàn)檎n程內(nèi)容本身而不感興趣。因此我們要在思想上要對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，學(xué)習(xí)這門課程不僅對(duì)計(jì)算機(jī)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)有更深刻的認(rèn)識(shí)，更對(duì)與硬件相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有基礎(chǔ)指導(dǎo)作用。并為學(xué)生在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的進(jìn)一步研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。因此，學(xué)生不能因?yàn)檫@門課程“偏硬”，而自己的專業(yè)和就業(yè)方向“偏軟”就否定這門課程的重要性。

 

(三)根據(jù)專業(yè)要求及課程設(shè)置對(duì)教學(xué)內(nèi)容作出調(diào)整

 

計(jì)算機(jī)組成原理在學(xué)科中的地位被定為專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)科中具有承上啟下的作用，希望通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的組成、各部件及各部件之間運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了解。對(duì)于軟件專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，為硬件相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其他軟件的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

 

計(jì)算機(jī)組成原理從內(nèi)容上主要分為三部分：CPU、存儲(chǔ)器、外設(shè)。但由于學(xué)時(shí)的限制及課程的安排(本專業(yè)開(kāi)設(shè)了微機(jī)原理課，外設(shè)是其講授重點(diǎn))，重點(diǎn)講授CPU和存儲(chǔ)器兩部分。存儲(chǔ)器內(nèi)容分為主存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)體系兩部分內(nèi)容。前者講述存儲(chǔ)元器件的基本原理，而后者則是cache、主存和輔存之間的區(qū)別與聯(lián)系，如果開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)這么課程，這存儲(chǔ)體系的內(nèi)容可簡(jiǎn)略介紹，具體內(nèi)容由計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)講解。CPU部分與存儲(chǔ)器一樣，在詳細(xì)介紹完其核心部件ALU 后，重點(diǎn)即是中央處理器章節(jié)，即指令的運(yùn)行，而指令的運(yùn)行需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器，這就將CPU與存儲(chǔ)體系聯(lián)系起來(lái)了。故這兩部分又是有聯(lián)系的。由此有關(guān)硬件的內(nèi)容就脈絡(luò)清晰、分工明確了。

 

(四)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行合理的學(xué)時(shí)分配

 

實(shí)驗(yàn)課對(duì)于一門課程來(lái)說(shuō)，主要目的是加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)，使抽象的理論變得形象、具體。因此，對(duì)本身理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象的計(jì)算機(jī)組成原理課程，實(shí)驗(yàn)課就顯得尤為重要。我們采用的是西安唐都科教儀器公司生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)箱作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備。與其相配套的實(shí)驗(yàn)有9個(gè)，其中主要包括與CPU中的與ALU相關(guān)的3個(gè)實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)存儲(chǔ)器存取實(shí)驗(yàn)、微程序控制實(shí)驗(yàn)及4個(gè)模型機(jī)的設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。

 

根據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的設(shè)置，只有8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。8個(gè)學(xué)時(shí)全部完成這些實(shí)驗(yàn)有一定難度，因此，可將這些試驗(yàn)進(jìn)行合理的學(xué)時(shí)分配，如第1、2個(gè)學(xué)時(shí)完成第一、二個(gè)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閯傞_(kāi)始做硬件實(shí)驗(yàn)不熟悉，但第二個(gè)運(yùn)算器進(jìn)位實(shí)驗(yàn)教簡(jiǎn)單，可順便完成;有了前面的基礎(chǔ)，完成第三個(gè)運(yùn)算器移位控制實(shí)驗(yàn)就簡(jiǎn)單多了，因此和第四個(gè)稍麻煩的靜態(tài)存儲(chǔ)器存取試驗(yàn)合并在第3、4學(xué)時(shí)完成;第5個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較復(fù)雜，可單獨(dú)安排2個(gè)學(xué)時(shí)完成;這樣就留出了2學(xué)時(shí)來(lái)研究后面的模型及設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)了。

 

(五)以實(shí)踐為手段帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

 

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深對(duì)知識(shí)的掌握，實(shí)踐就顯得尤為重要。對(duì)軟件專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，利用軟件對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行模擬不失為一種好的辦法。對(duì)于計(jì)算機(jī)組成原理這門課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為抽象，不易被理解，因此，采用“硬件軟化”的方法，對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等進(jìn)行模擬，既可加深對(duì)知識(shí)的掌握，又可提高大家的軟件設(shè)計(jì)、編程能力。本系為了提高大家參與的積極性，采用了學(xué)生科技立項(xiàng)的辦法，系里拿出一部分資金，將“計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”作為一學(xué)生科技項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生組隊(duì)參加，和其他項(xiàng)目一起參加評(píng)比，并進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)的辦法，在學(xué)生中得到了良好的響應(yīng)。學(xué)生做出的項(xiàng)目教師可拿來(lái)作為課堂教學(xué)用，并可鼓勵(lì)學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步完善。以后甚至可以將系統(tǒng)分塊，讓學(xué)生分組做，并作為課后作業(yè)的一部分，計(jì)入學(xué)生平時(shí)成績(jī)。以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

 

三、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)范文第3篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；CAI教學(xué)網(wǎng)站；

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)21-30575-02

The Design and Development of Computer Organization CAI Teaching Website

ZOU Ming-liang

(Department of Electronics and Computer Science, Guilin University of Technology, Guilin 541004, china)

Abstract: The designs of computer organization CAI teaching website in the article has used the present popular .net technology, introduced Web Services, XML in the website and so on to have the good extended technology, the page layout uses DIV+CSS, using visit database, website course content establishment bilingual education part, and using flash technology establishment hypothesized laboratory, simulation actual experiment environment. This website adaptation modern education's need, the educational reform to the teacher and promotes student's independent study having the positive significance.

Key words: principle of computer organization; CAI teaching website;

1 引言

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，本課程內(nèi)容較多、涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng)、難度較大。通過(guò)制作計(jì)算機(jī)組成原理CAI教學(xué)網(wǎng)站可以幫助相對(duì)容易達(dá)到教學(xué)目的。計(jì)算機(jī)組成原理CAI教學(xué)網(wǎng)站的實(shí)現(xiàn)采用WEB技術(shù)將文字、聲音、圖形、動(dòng)畫等溶入到教學(xué)模式中去，從而使計(jì)算機(jī)組成原理中抽象的和難以體會(huì)的概念等變得生動(dòng)形象起來(lái)，加深和加快了對(duì)該門課程的理解。將網(wǎng)站應(yīng)用于教學(xué)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生求知欲，同時(shí)能使教師及時(shí)掌握學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中所遇到的難題和存在的問(wèn)題，增大教師與學(xué)生之間的溝通，從而取得良好的教學(xué)效果。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程的特點(diǎn)，教學(xué)主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)組成原理理論教學(xué)部分、實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分、典型例題及分析、綜合在線測(cè)試、學(xué)習(xí)輔助資源、師生互動(dòng)等。設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是改變傳統(tǒng)上以“教” 為中心的教學(xué)模式，真正實(shí)現(xiàn)以“學(xué)” 為中心，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。實(shí)現(xiàn)的方式采用“知識(shí)點(diǎn)+實(shí)驗(yàn)+典型例題+學(xué)習(xí)討論”的教學(xué)方式，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)組成原理的基本概念和相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)，建立起整機(jī)概念。

3 教學(xué)網(wǎng)站制作

教學(xué)網(wǎng)站制作工具采用Visual Studio .NET 2005,后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2000,實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)組成原理CAI教學(xué)網(wǎng)站除后臺(tái)維護(hù)外各部分如下：

3.1 理論教學(xué)部分

學(xué)習(xí)網(wǎng)站不僅僅是需要給予一種視覺(jué)效果，更重要的是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，包括分解計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)目標(biāo)、制定教學(xué)策略、保持知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性等。本教學(xué)網(wǎng)站在教學(xué)內(nèi)容上增加雙語(yǔ)教學(xué)部分，該部分主要包括雙語(yǔ)教案，雙語(yǔ)試題，雙語(yǔ)視頻及閱讀材料。采用DIV+CSS以及母板頁(yè)技術(shù)進(jìn)行頁(yè)面布局，界面設(shè)計(jì)上美觀大方、層次清晰、重點(diǎn)集中、視點(diǎn)明確。

3.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是該課程的必須且非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，為了便于學(xué)生更好的理解和掌握計(jì)算機(jī)內(nèi)部運(yùn)作的真實(shí)情況，本教學(xué)網(wǎng)站采用flash設(shè)計(jì)了虛擬實(shí)驗(yàn)室，對(duì)主要實(shí)驗(yàn)如運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器及整機(jī)實(shí)驗(yàn)提供演示及交互操作功能。

3.3 典型例題及分析

作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程要求學(xué)生必須掌握一些典型題目的解題方法，這樣對(duì)于靈活掌握以及深入理解所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)是很有必要的。本教學(xué)網(wǎng)站采用flash設(shè)計(jì)了各個(gè)章節(jié)典型例題及解題分析。

3.4 綜合在線測(cè)試

該模塊實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后的一個(gè)考核，能夠幫助學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)情況。測(cè)試系統(tǒng)分章節(jié)測(cè)試和總體測(cè)試，測(cè)試題型包括選擇、填空、計(jì)算及綜合設(shè)計(jì)，試卷中的題目按知識(shí)點(diǎn)分布，采用XML技術(shù)組織知識(shí)點(diǎn)。選擇題自動(dòng)判斷答案對(duì)錯(cuò)、其它題型給出參考答案及分析。

3.5 學(xué)習(xí)輔助資源

教學(xué)網(wǎng)站上提供流媒體教學(xué)視頻、資料下載、課程相關(guān)其它站點(diǎn)鏈接。

3.6 師生互動(dòng)

該模塊實(shí)行權(quán)限管理，用戶注冊(cè)登陸后，會(huì)看到的各種信息目錄，通過(guò)點(diǎn)擊查看進(jìn)入，可以查看到具體的信息以及老師或者其他學(xué)生回復(fù)此問(wèn)題的內(nèi)容。若問(wèn)題指定某人答復(fù)，則只有該用戶能看到并答復(fù)此問(wèn)題。

4 主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)

4.1 技術(shù)

完全基于模塊和組件，具有更好的可擴(kuò)展性和可定制性，具有速度快、便于部署及應(yīng)用升級(jí)、代碼與內(nèi)容分離、方便構(gòu)建和使用WEB服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。由于和.NET遠(yuǎn)程處理建立在.NET Framework 之上，因此可以使創(chuàng)建XML、Web Services變得更為容易。

4.2 流媒體技術(shù)

流媒體是一種新的媒體傳送方式，它解決了音頻、視頻等媒體信息在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題,它將整個(gè)A/V及3D等多媒體文件經(jīng)過(guò)特殊的壓縮方式分成一個(gè)個(gè)壓縮包，由視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送。流媒體技術(shù)適合在相對(duì)低帶寬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)時(shí)播放和錄播課程的傳輸，因此可以將流媒體技術(shù)運(yùn)用于教育領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)學(xué)科資源的制作、傳播和管理。

4.3 Flas技術(shù)

Flash 是一種創(chuàng)作工具，它強(qiáng)大的動(dòng)畫編輯功能使得設(shè)計(jì)者可以隨心所欲的設(shè)計(jì)出高品質(zhì)的動(dòng)畫,通過(guò)Action和FS Command可以實(shí)現(xiàn)交互性,使Flash具有更大的設(shè)計(jì)自由度，所生成的動(dòng)畫文件(.swf)一般占的字節(jié)數(shù)小，從而可以實(shí)現(xiàn)快速下載，在打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)很短的時(shí)間里就能得以播放。

5 教學(xué)網(wǎng)站特色

5.1 采用多種先進(jìn)的技術(shù)手段

該網(wǎng)站將計(jì)算機(jī)組成原理的基本概念、基本原理、基本方法以文本、圖形、聲音、動(dòng)畫、視頻等多種媒體的形式表現(xiàn)出來(lái)，用最新的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)工具Visual Studio .NET與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server的結(jié)合實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互、在線測(cè)試、虛擬實(shí)驗(yàn)室，從而使學(xué)生將抽象的計(jì)算機(jī)組成原理的學(xué)習(xí)變得形象輕松；通過(guò)虛擬部件及整機(jī)實(shí)驗(yàn)，使得沒(méi)有實(shí)驗(yàn)條件的個(gè)人也能獲得實(shí)際操作技能的提高。

5.2 后臺(tái)維護(hù)方便

該教學(xué)網(wǎng)站提供了一個(gè)界面友好、操作方便的后臺(tái)維護(hù)平臺(tái)，教師通過(guò)該平臺(tái)可對(duì)相關(guān)資源進(jìn)行增加、刪除、修改，從而避免隨著時(shí)間的推移造成部分內(nèi)容老化的現(xiàn)象。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文描述了基于的計(jì)算機(jī)組成原理CAI教學(xué)網(wǎng)站設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，對(duì)于教學(xué)網(wǎng)站系統(tǒng)的研究，具有一定的理論和實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn):

計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)范文第4篇

關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí)；實(shí)踐；課程綱要；網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2013）06-0300-03

引言

隨著國(guó)家精品課程建設(shè)的深化，學(xué)生可利用的網(wǎng)絡(luò)資源更加豐富，形象的動(dòng)畫設(shè)計(jì)、制作精美的課件，老教授精彩的網(wǎng)絡(luò)講課，國(guó)外名校的開(kāi)放課程，學(xué)生可以不受時(shí)間空間的限制，充分地利用網(wǎng)絡(luò)資源自主地探索，自主地學(xué)習(xí)。國(guó)家精品課程無(wú)論在知識(shí)的底蘊(yùn)、學(xué)識(shí)的淵博上，普通老師都無(wú)法媲美。有學(xué)識(shí)淵博的大師，有精彩的網(wǎng)絡(luò)課堂傳授知識(shí)技能，我們的講課是不是成了班門弄斧？我們還有存在的價(jià)值嗎？我們的出路在哪里？這給老師提出了一個(gè)新的課題，借助于網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)，迫切需要改革我們的教育教學(xué)方法。

網(wǎng)絡(luò)如此發(fā)達(dá)的今天，知識(shí)技能的傳授完全可以依托國(guó)內(nèi)外大師的講課，新的課程設(shè)計(jì)思路是：怎樣保證學(xué)生課后進(jìn)行自主自學(xué)，怎么幫助學(xué)生更好地消化所學(xué)的理論知識(shí)，怎樣訓(xùn)練學(xué)生提出問(wèn)題，怎么進(jìn)行自我探究性學(xué)習(xí)，怎樣提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。因此需要設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的提高學(xué)生綜合素質(zhì)的自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，需要更多地加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新能力，需要有設(shè)計(jì)合理的課程綱要進(jìn)行必要的自主學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

一、以學(xué)生為中心的自主學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

但是，學(xué)生會(huì)充分地利用時(shí)間自覺(jué)自愿去學(xué)習(xí)嗎？學(xué)生真的人人有這種自覺(jué)性嗎？真的可以不用教師的指導(dǎo)嗎？ 真的不用任何約束嗎？大學(xué)生作為社會(huì)上最活躍的年輕群體，抵御外界誘惑，自我約束能力還較弱，沉溺于網(wǎng)絡(luò)游戲、聊天、不思進(jìn)取的現(xiàn)象比比皆是。而普教中廣泛存在的應(yīng)試教育模式更使學(xué)生們養(yǎng)成了被動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，相對(duì)自由的大學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境容易使他們?cè)趯W(xué)習(xí)上產(chǎn)生迷茫。怎樣引導(dǎo)學(xué)生走向一條自我學(xué)習(xí)、自我探究之路呢？需要教師對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程的引導(dǎo)，需要老師和同學(xué)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，為了創(chuàng)立一個(gè)良好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，充分有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)了四個(gè)自主學(xué)習(xí)主題。

1.國(guó)外開(kāi)放課程、國(guó)家精品課程網(wǎng)站學(xué)習(xí)導(dǎo)航——張貼板教學(xué)法。為了讓學(xué)生熟悉國(guó)家精品課程網(wǎng)站、國(guó)外課程網(wǎng)站，學(xué)會(huì)查找、搜索可用資源，可對(duì)教師課件、教學(xué)大綱、教學(xué)要求、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)手段、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、CAI輔助教學(xué)、課程特色、課程建設(shè)、試驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)錄像、試題庫(kù)、不同國(guó)家之間的教學(xué)進(jìn)行比較研究，通過(guò)張貼板教學(xué)法組織課堂討論，調(diào)動(dòng)所有學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，收集國(guó)家精品課程資源信息，共同界定國(guó)家精品課程的含義，找出可利用的學(xué)習(xí)資源。

2.學(xué)生講課——模擬教學(xué)法。在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生自學(xué)較容易的章節(jié)，讓學(xué)生先模仿網(wǎng)上名師講課，再指導(dǎo)學(xué)生備課，然后課堂上由學(xué)生講課，老師同學(xué)共同總結(jié)，給出評(píng)價(jià)。這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考的積極性，很好地鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，抽象歸納能力，在實(shí)施中我們發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生講課詼諧、幽默、風(fēng)趣，充滿青春活力，反過(guò)來(lái)對(duì)老師改進(jìn)教學(xué)也有很大的啟發(fā)作用。

3.計(jì)算機(jī)專題研究學(xué)習(xí)——項(xiàng)目教學(xué)法。項(xiàng)目教學(xué)法是師生共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目（專題研究）工作而進(jìn)行的教學(xué)行動(dòng)，項(xiàng)目教學(xué)法一般按照以下階段進(jìn)行，確定專題研究任務(wù)、制訂研究計(jì)劃、實(shí)施研究計(jì)劃，師生共同討論檢查評(píng)估。專題研究讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。在研究性學(xué)習(xí)中以2～3個(gè)人為一組開(kāi)展協(xié)作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力，利用資源、搜索資源能力，全面提高學(xué)生的思維能力、解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力。

4.一整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例自主學(xué)習(xí)——案例教學(xué)法。一整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例自主學(xué)習(xí)是一個(gè)非常有意義的工作，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高、對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)必將有巨大的推動(dòng)作用。清華大學(xué)開(kāi)發(fā)模型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括串口、按鈕、指示燈、開(kāi)關(guān)、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、接口、總線等部件。同時(shí)要自學(xué)匯編語(yǔ)言，研究指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，控制器的設(shè)計(jì)，控制信號(hào)對(duì)各部件的控制及連接，以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。要仔細(xì)研究模型計(jì)算機(jī)范例的設(shè)計(jì)文檔，整機(jī)的構(gòu)成和布局。這項(xiàng)自主學(xué)習(xí)安排和討論對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成、對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理各功能部件的學(xué)習(xí)、對(duì)課程內(nèi)容的消化理解都有非常重要的作用。只有學(xué)好了模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才算真正地理解計(jì)算機(jī)組成原理，才能將抽象的概念，枯燥的內(nèi)容變成一臺(tái)簡(jiǎn)單但能運(yùn)行的計(jì)算機(jī)。學(xué)生只有完成一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，才能深刻理解計(jì)算機(jī)組成原理基本概念。一整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例自主學(xué)習(xí)在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力方面將起到不可替代的作用。

二、教學(xué)手段和方法設(shè)計(jì)

雖然我們強(qiáng)調(diào)利用網(wǎng)絡(luò)資源培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，但理論教學(xué)也是不可或缺的。學(xué)生對(duì)基本原理、基本概念的掌握要通過(guò)精心設(shè)計(jì)的理論教學(xué)完成。我們應(yīng)該用什么樣的教學(xué)方法、什么思想來(lái)指導(dǎo)教學(xué)呢？課堂教育怎樣培養(yǎng)學(xué)生、提高他們的綜合素質(zhì)呢？怎樣訓(xùn)練學(xué)生提出問(wèn)題、學(xué)會(huì)用精煉簡(jiǎn)短的語(yǔ)言表達(dá)自己呢？我們采用了如下的教育思路、教學(xué)手段和方法來(lái)提高教育質(zhì)量。

1.關(guān)注最新技術(shù)——提問(wèn)教學(xué)技能。提問(wèn)是引發(fā)學(xué)生心智活動(dòng)、促進(jìn)學(xué)生思考發(fā)展的有效途徑，是教師學(xué)生相互交流的有效手段，提問(wèn)的種類可分為檢查知識(shí)與創(chuàng)造知識(shí)兩大類，創(chuàng)造知識(shí)的問(wèn)題是在學(xué)習(xí)者的內(nèi)心引起新知識(shí)的問(wèn)題，答案需要學(xué)生自己思考得出，教學(xué)是一個(gè)探索未知領(lǐng)域的知識(shí)與技能的過(guò)程，因而需要展開(kāi)創(chuàng)造知識(shí)的提問(wèn)。在計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)過(guò)程中要時(shí)刻關(guān)注最新技術(shù)，要善于提出問(wèn)題讓學(xué)生思考。例如，當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)中CPU非?？欤瑑?nèi)存速度不能滿足要求是最被關(guān)注的難點(diǎn)，繼續(xù)提出問(wèn)題讓學(xué)生思考，怎樣去平衡CUP與內(nèi)存的速率？數(shù)據(jù)的延遲有什么新的方法解決嗎？高速緩存由誰(shuí)來(lái)管理？哪里是影響計(jì)算機(jī)速度的瓶頸？通過(guò)關(guān)注最新技術(shù)，學(xué)生能提出很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)頭腦風(fēng)暴法組織課堂討論，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，最后學(xué)生會(huì)把問(wèn)題變成文章，再變成一個(gè)有價(jià)值的產(chǎn)品。

2.教學(xué)思路設(shè)計(jì)——懸念導(dǎo)入法。有效的導(dǎo)入是教學(xué)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，成功的導(dǎo)入能夠承上啟下，引起學(xué)生的注意和興趣，把學(xué)生帶入設(shè)計(jì)好的情境之中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，為完成教學(xué)任務(wù)創(chuàng)造條件。計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)中以激發(fā)學(xué)生的求知欲望為主線，從大框架入手，一開(kāi)篇給學(xué)生展示一幅簡(jiǎn)單明了的計(jì)算機(jī)組成關(guān)聯(lián)圖，并由此把學(xué)生立即領(lǐng)入到一個(gè)制高點(diǎn)，使學(xué)生看到一個(gè)極為簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)框架，在此架構(gòu)的引導(dǎo)下，讓學(xué)生自上向下、由表及里、層層細(xì)化，一步一步進(jìn)入計(jì)算機(jī)的微觀世界。在每一步深化的過(guò)程中，學(xué)生頭腦里總會(huì)暫留一些懸念，從而激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索計(jì)算機(jī)內(nèi)部的龐雜架構(gòu)及其如何自動(dòng)工作的原理。提出帶有懸念的問(wèn)題來(lái)導(dǎo)入新課，激發(fā)了學(xué)生的興趣和求知欲。

3.課堂教學(xué)——思維導(dǎo)圖法應(yīng)用。可以選用一種教學(xué)法，比如思維導(dǎo)圖法組織幾次全班的課程教學(xué)，教師宣布思維導(dǎo)圖的方法，共同討論一個(gè)中心議題，提出要解決的問(wèn)題和目標(biāo)，遵循的原則和注意事項(xiàng)，鼓勵(lì)積極思考，宣布思考的時(shí)間，發(fā)給每組二級(jí)卡片，寫上關(guān)鍵詞，按順序上講臺(tái)作一分鐘解釋，展示卡片，由老師引導(dǎo)學(xué)生把卡片歸類整理成若干個(gè)大的方面。各組就已歸類的幾方面，再提出進(jìn)一步的思考，規(guī)定思考時(shí)間。之后重復(fù)第三步，繼續(xù)由學(xué)生解釋展示卡片，此時(shí)學(xué)生展示的卡片形成了一個(gè)中間是中心議題，往外是二層若干主要方面觀點(diǎn)形成的思維導(dǎo)圖的整體圖象。作用是培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力、自學(xué)能力、協(xié)作精神?？偨Y(jié)歸類時(shí)學(xué)生還能相互啟發(fā)，從而掌握一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。還能學(xué)會(huì)根據(jù)相關(guān)因素的主次，進(jìn)行分層思考。還可以借鑒別人的智慧，激勵(lì)自己的靈感，產(chǎn)生更新更深層次的想法，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生智商、情商和思維能力的提高，在教學(xué)應(yīng)用中常產(chǎn)生很好的學(xué)習(xí)效果。

三、課程綱要討論實(shí)施——頭腦風(fēng)暴法、張貼板教學(xué)法

以學(xué)生為本的自主學(xué)習(xí)，必須讓學(xué)生了解課程的目標(biāo)，教學(xué)的安排，自主學(xué)習(xí)的主題，教師對(duì)學(xué)生的期望，教學(xué)要求等。作為教學(xué)依據(jù)，學(xué)習(xí)指南的課程綱要在課程一開(kāi)始時(shí)就應(yīng)進(jìn)行討論實(shí)施。一份精心制作的課程綱要在保證課程教學(xué)質(zhì)量方面有非常重要的作用。

1.課程綱要的主要功能。（1）教學(xué)的依據(jù)：是教師教學(xué)的基本依據(jù)。教師根據(jù)課程綱要的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)主題、時(shí)間進(jìn)度，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，安排課外作業(yè)，組織小測(cè)、期中考、期末考，并且嚴(yán)格按照綱要約定的成績(jī)?cè)u(píng)定方法，客觀公正地評(píng)定學(xué)生的最終成績(jī)。（2）學(xué)習(xí)的指南：課程綱要還能夠?yàn)閷W(xué)生整個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)提供指導(dǎo)，幫助學(xué)生熟悉課程的概念框架和邏輯體系，提供給學(xué)生不容易獲得的閱讀材料，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。（3）學(xué)習(xí)的動(dòng)力：學(xué)生和教師在第一次課上相遇，一起閱讀和討論課程綱要。如果學(xué)生知道教師對(duì)他們的期望和要求，發(fā)現(xiàn)教師已經(jīng)設(shè)計(jì)好了達(dá)到課程目標(biāo)的策略，就會(huì)感到學(xué)習(xí)這門課程是一次組織良好的、有意義的智力旅行，就會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)充滿信心和積極性。（4）師生的契約：課程綱要是教師和他們的學(xué)生之間的一份約定。課程綱要通常包括精確的課程進(jìn)度表、成績(jī)的考核與評(píng)定政策、學(xué)生出勤政策、實(shí)驗(yàn)安排、要求等，尤其要讓學(xué)生知道，如果學(xué)生達(dá)不到課程的要求會(huì)出現(xiàn)什么后果。

2.課程綱要的基本組成部分。頭腦風(fēng)暴法是老師引導(dǎo)學(xué)生就這一問(wèn)題自由發(fā)表意見(jiàn)，老師不對(duì)其正確性進(jìn)行任何評(píng)價(jià)。再用張貼板教學(xué)法通過(guò)添加、移動(dòng)、拿掉或更換寫有內(nèi)容的紙片進(jìn)行討論，得出結(jié)論的方法。優(yōu)點(diǎn)可以最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，通過(guò)討論可以得出課程綱要的組成部分。（1）教師信息：包括教師姓名、辦公地點(diǎn)、電話號(hào)碼。（2）課程描述：包括課程名稱、課程代碼、課程性質(zhì)、課程對(duì)象、學(xué)分?jǐn)?shù)、教室位置。（3）課程目標(biāo)：主要是指對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的一種預(yù)期，尤其是學(xué)生在思維能力和學(xué)習(xí)技能方面的發(fā)展。（4）教學(xué)方法：需要什么樣的教學(xué)互動(dòng)、師生互動(dòng)？哪種教學(xué)方法最能夠幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)？（5）課程資源：包括課本，補(bǔ)充閱讀材料，指明哪些是必讀材料，哪些是推薦材料。（6）課程時(shí)間表：既是課程日歷，也是課程結(jié)構(gòu)圖。（7）課程政策：包括出勤、遲到、課堂參與、作業(yè)遲交、小組貢獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定等政策。

計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)范文第5篇

關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī);組成原理;教學(xué)

中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1前言

自2009年起,“計(jì)算機(jī)組成原理”課程已被列入全國(guó)研究生入學(xué)考試必考科目之一,而且分值與“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程相同,占總分的30%,這一新的情況給該課程的教學(xué)提出了新的要求。作為教師,如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)給學(xué)生講清要點(diǎn),明確目標(biāo);作為學(xué)生又如何以最高的效率掌握要點(diǎn),靈活運(yùn)用;這是教學(xué)雙方都期S實(shí)現(xiàn)的理想。然而,理想的實(shí)現(xiàn)不僅要付出辛勤的勞動(dòng),而且要有正確的教學(xué)方法,只有方法得當(dāng),才可能達(dá)到事半功倍的效果。筆者20年來(lái)一直從事該課程的教學(xué)工作,同時(shí)擔(dān)任學(xué)生班主任工作,在教學(xué)實(shí)踐和與學(xué)生的直接接觸過(guò)程中,對(duì)該課程的教學(xué)有一些切身體會(huì),作為拋磚引玉,希望對(duì)學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生有所幫助,同時(shí)也希望得到執(zhí)教該課程的同行們的共同商榷,以便實(shí)現(xiàn)共同的理想。

2把握重點(diǎn),突出主線

“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的主干課之一,本課程的研究重點(diǎn)是討論單臺(tái)計(jì)算機(jī)完整硬件系統(tǒng)的基本組成原理與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制。教學(xué)目標(biāo)是用層次結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)并以信息的加工、處理為主線研究計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理,具體任務(wù)是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等部件的組成原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及互連構(gòu)成整機(jī)的技術(shù);培養(yǎng)學(xué)生對(duì)硬件系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、使用和維護(hù)方面的能力,既為后繼課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ),同時(shí)也能夠積累應(yīng)對(duì)研究生入學(xué)考試及各種水平考試的必備知識(shí)。

3運(yùn)算方法與運(yùn)算器

(1) 定點(diǎn)數(shù)加、減法運(yùn)算及溢出判斷

定點(diǎn)數(shù)的加、減運(yùn)算都是以補(bǔ)碼形式進(jìn)行的,只所以用補(bǔ)碼,其原因由于補(bǔ)碼可以使符號(hào)位與數(shù)據(jù)一起參加運(yùn)算,只要運(yùn)算結(jié)果沒(méi)有發(fā)生溢出,結(jié)果的符號(hào)和數(shù)據(jù)可直接獲得。

在定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算過(guò)程中,無(wú)論是定點(diǎn)小數(shù)還是定點(diǎn)整數(shù),運(yùn)算結(jié)束后都存在一個(gè)溢出判斷問(wèn)題,但是這種判斷首先應(yīng)該在一個(gè)基本概念清楚的基礎(chǔ)上。溢出是由于運(yùn)算結(jié)果超出了定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式的表數(shù)范圍而引起,所以兩個(gè)符號(hào)相異的定點(diǎn)數(shù)做加法運(yùn)算或兩個(gè)符號(hào)相同的定點(diǎn)數(shù)做減法運(yùn)算,其結(jié)果一定不會(huì)發(fā)生溢出,即使是兩個(gè)符號(hào)相同的定點(diǎn)數(shù)做加法運(yùn)算或兩個(gè)符號(hào)相異的定點(diǎn)數(shù)做減法運(yùn)算,其結(jié)果也不一定會(huì)發(fā)生溢出,但必須做溢出判斷。

設(shè)操作數(shù)之一是A0A1…An,另一操作數(shù)是B0B1…Bn,運(yùn)算結(jié)果為S0S1…Sn,運(yùn)算過(guò)程中各位發(fā)生的進(jìn)位為CfC0C1…Cn-1,運(yùn)算結(jié)果溢出判斷的方法有三種:如果是雙符號(hào)位,溢出判斷可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果的兩個(gè)符號(hào)位來(lái)確定,即當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的兩個(gè)符號(hào)位S0和S1不相同則發(fā)生了溢出,用表達(dá)式可表示為:V=S0S1;對(duì)于單符號(hào)位的運(yùn)算有兩種判斷方式,方法之一是:若兩個(gè)操作數(shù)的符號(hào)位相同而運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)位與其相反,則發(fā)生了溢出,用表達(dá)式可表示為:V=A0B0 + S0(其含義是兩個(gè)負(fù)數(shù)相加結(jié)果的符號(hào)為正或兩個(gè)正數(shù)相加而結(jié)果的符號(hào)為負(fù));對(duì)于單符號(hào)位運(yùn)算的另一種判斷方式是:根據(jù)最高數(shù)字位與符號(hào)位的進(jìn)位來(lái)判斷,如果最高數(shù)字位的進(jìn)位C0與符號(hào)位的進(jìn)位Cf不相同,則發(fā)生了溢出,用表達(dá)式表示為:V=C0Cf。

(2) 浮點(diǎn)數(shù)加、減法運(yùn)算步驟及溢出判斷

浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算步驟可分為:對(duì)階、尾數(shù)加/減運(yùn)算、結(jié)果規(guī)格化、舍入處理、溢出判斷等5個(gè)步驟。對(duì)階的過(guò)程就是移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)的過(guò)程,對(duì)階過(guò)程如何實(shí)現(xiàn),方法不應(yīng)死記,只要概念清楚,想一下就知道,尾數(shù)加、減是進(jìn)行小數(shù)運(yùn)算,所以對(duì)階后不應(yīng)該讓尾數(shù)變大,只能變小,所以對(duì)階只能讓小階向大階看齊,即右移階碼小的數(shù)的尾數(shù),每右移一位,階碼加1,直至兩數(shù)階碼相等為止。

浮點(diǎn)數(shù)的溢出不是由尾數(shù)運(yùn)算結(jié)果決定的,而是由階碼決定的,因?yàn)槲矓?shù)溢出可以通過(guò)向右規(guī)格化來(lái)處理。

(3) 定點(diǎn)數(shù)的乘、除法運(yùn)算

定點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算方法有兩種,其一是通過(guò)將乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成移位操作和加法運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn),補(bǔ)碼一位乘法的典型算法是Booth算法;另一種方法是通過(guò)陣列乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn),掌握的重點(diǎn)概念是符號(hào)位的負(fù)權(quán)概念。定點(diǎn)數(shù)的除法運(yùn)算方法也有兩種,其一是通過(guò)將除法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成移位操作和減法運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn),另一種方法是通過(guò)陣列除法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(4) 浮點(diǎn)數(shù)的乘、除法運(yùn)算

浮點(diǎn)數(shù)的乘、除法運(yùn)算可以變成兩種定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn),即指數(shù)的定點(diǎn)整數(shù)加/減運(yùn)算和尾數(shù)的定點(diǎn)小數(shù)乘/除運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以只要掌握了定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法,就不難推廣應(yīng)用到浮點(diǎn)數(shù)的乘、除運(yùn)算過(guò)程中。

(5) 運(yùn)算器

與運(yùn)算方法相應(yīng),運(yùn)算器也有定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器兩種。運(yùn)算器的核心部件是ALU,典型的ALU芯片有74181和2901,與其配套的二級(jí)先行進(jìn)位芯片有74182和2902,作為學(xué)習(xí)者,不僅要掌握單個(gè)芯片的工作原理,而且要掌握用多個(gè)芯片構(gòu)成位數(shù)更多的具有多級(jí)先行進(jìn)位功能的ALU的方法。

典型的浮點(diǎn)運(yùn)算器是與8086CPU配套使用的協(xié)處理器8087。

4存儲(chǔ)器及其體系結(jié)構(gòu)

(1) 存儲(chǔ)器體系的構(gòu)成

過(guò)去的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器是由二級(jí)體系構(gòu)成的,即主存儲(chǔ)器與輔助存儲(chǔ)器。隨著軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展以及CPU速度的提高,計(jì)算機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器的要求也越來(lái)越高,具體來(lái)說(shuō)就是存儲(chǔ)空間越大越好,存取速度越快越好,單位價(jià)格越低越好。為了獲取最高性價(jià)比,現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系已增至三級(jí),即高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。其中,Cache與主存儲(chǔ)器構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存,Cache的容量比主存小得多,但其速度數(shù)倍于主存。由于程序運(yùn)行存在局部性,通過(guò)Cache控制器將目前程序運(yùn)行所需的內(nèi)容由主存調(diào)入Cache,并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩者之間的換進(jìn)換出,可使CPU訪問(wèn)Cache的命中率達(dá)90%以上,從而使計(jì)算機(jī)擁有一個(gè)速度與Cache相當(dāng)、容量與主存相同的內(nèi)存。主存儲(chǔ)器與輔助存儲(chǔ)器可通過(guò)軟、硬件結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器,從而使計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行大小超出主存容量的程序。

(2) 不同存儲(chǔ)芯片的區(qū)別

存儲(chǔ)芯片可分ROM和RAM兩大類。兩者的主要區(qū)別是:ROM在正常工作時(shí)是只讀的,常用于存放固定不變的信息,其內(nèi)容不受斷電的影響。RAM中的信息是可隨時(shí)更新的,但一旦斷電,其內(nèi)容則不復(fù)存在。ROM又可分為EPROM和EEPROM等多種形式,其主要差別是擦除方式不同。RAM又可分為SRAM與DRAM兩種,其主要差別是前者的存儲(chǔ)元由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成,所以只要有電源,其存儲(chǔ)內(nèi)容是不會(huì)丟失的,不需要刷新,而后者的存儲(chǔ)元由電容來(lái)存放信息,由于電容的電荷會(huì)隨時(shí)間的推移而泄漏,所以需要定期刷新。

(3) 根據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)類型不同區(qū)分的兩種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)類型不同可將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分為兩大類:馮•諾依曼(Von Neumann)結(jié)構(gòu)和哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)。

馮•諾依曼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是指令和數(shù)據(jù)使用單一的存儲(chǔ)器空間,因此簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì),但由于存儲(chǔ)器資源的唯一,所以一次只能訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)中的一個(gè)。這種體系結(jié)構(gòu)由美國(guó)賓夕法尼亞(Pennsylvanis)大學(xué)的馮•諾依曼在1943―1944年開(kāi)發(fā)的ENIAC電子計(jì)算機(jī)首次使用。

哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是對(duì)于程序和數(shù)據(jù)使用各自獨(dú)立的存儲(chǔ)器,由于程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)存放,所以可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的并行訪問(wèn)。這種體系結(jié)構(gòu)由哈佛大學(xué)的物理學(xué)家Harvard Aiken于1930年開(kāi)發(fā),1943年在Harvard Mark計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

(4) 存儲(chǔ)器與CPU的連接

存儲(chǔ)器與CPU的連接無(wú)非是將存儲(chǔ)器芯片的地址線、數(shù)據(jù)線和讀、寫控制線與CPU的相應(yīng)線相連,在連接之前,必須根據(jù)存儲(chǔ)器的容量和單片存儲(chǔ)芯片的容量計(jì)算出所需的芯片數(shù),同時(shí)還必須明確位擴(kuò)展與字?jǐn)U展的方法。一般而言,若存儲(chǔ)器容量為M單元×N位,而存儲(chǔ)器芯片容量為m單元×n位,則整個(gè)存儲(chǔ)器所需的字?jǐn)U展為M/m組,而每組的位擴(kuò)展芯片數(shù)為N/n。對(duì)于同一組而言,其地址線的連接是將相同位序的地址線連到一起,而數(shù)據(jù)線則分別連接到CPU的不同數(shù)據(jù)線上。不同組之間,其地址線和數(shù)據(jù)線的連接是相同的,也就是低位地址范圍相同,只是片選信號(hào)的連接不同。片選信號(hào)的作用是區(qū)分不同的地址段,分段的依據(jù)取決于對(duì)應(yīng)地址段的高位地址值,所以片選信號(hào)的產(chǎn)生是根據(jù)高位地址的譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的,需要多少位高位地址取決于組數(shù),兩組可用一位高位地址線選即可,四組則需二位高位地址經(jīng)一個(gè)2-4譯碼器產(chǎn)生4個(gè)片選信號(hào),依此類推。

(5) 虛擬存儲(chǔ)器的原理與應(yīng)用

虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)質(zhì)是利用程序執(zhí)行過(guò)程中的局部性原理,對(duì)內(nèi)存按頁(yè)或段方式進(jìn)行管理,即將要運(yùn)行的程序分頁(yè)或分段調(diào)入內(nèi)存,從而使計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行超過(guò)實(shí)際內(nèi)存空間的程序,好像擴(kuò)充了內(nèi)存空間一樣。由于這一特性是建立在將外存作為內(nèi)存的后備來(lái)實(shí)現(xiàn)的,實(shí)際的內(nèi)存空間并沒(méi)有改變,所以叫虛擬存儲(chǔ)器。

在教學(xué)過(guò)程中,初學(xué)者對(duì)虛擬存儲(chǔ)器的概念通常難以掌握,所以應(yīng)該有一個(gè)讓初學(xué)者容易接受的教學(xué)方法。有效的教學(xué)方法之一可借助于PC機(jī)中的某些設(shè)置來(lái)說(shuō)明。例如,通過(guò)雙擊“我的電腦”可以看到系統(tǒng)盤上的總大小和可用空間。如圖1可見(jiàn)當(dāng)前的C盤可用空間是15.5GB。關(guān)閉該窗口后,右擊“我的電腦”,在快捷菜單中選擇“屬性”進(jìn)入系統(tǒng)屬性對(duì)話框,再選擇“高級(jí)”頁(yè)面,如圖2所示。再單擊“性能”框中的“設(shè)置”按鈕進(jìn)入“性能選項(xiàng)”對(duì)話框,再選擇“高級(jí)”頁(yè)面,如圖3所示,單擊其中的“更改”按鈕,進(jìn)入“虛擬內(nèi)存”設(shè)置對(duì)話框,如圖4所示,從中可見(jiàn)C盤目前的自定義頁(yè)面大小初始值為1024MB,最大值為2048MB,若將初始值由1024改為2048,而最大值由2048改為4096,重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)后,再雙擊“我的電腦”,如圖5所示,由圖可見(jiàn)C盤的可用空間由設(shè)置前的15.5GB變成了設(shè)置后的14.5GB。之所以少了1GB,就是因?yàn)閯偛艑⑻摂M內(nèi)存初始頁(yè)面大小由1GB(1024MB)改為2GB所致。這就說(shuō)明,虛擬內(nèi)存實(shí)際上只是從硬盤中劃出的一部分外存空間作為內(nèi)存使用,好像擴(kuò)充了內(nèi)存,而這種內(nèi)存的擴(kuò)充是建立在外存減小的基礎(chǔ)上的,并需要相應(yīng)的軟件支持。

5指令系統(tǒng)與CPU

(1)RISC與CISC

按指令系統(tǒng)可將計(jì)算機(jī)分成兩大類,精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(RISC,Reduced Instruction Set Computers)和復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(CISC,Complex Instruction Set Computers)。CISC是在為了便于進(jìn)行軟件制作,特別是編譯,而將可能硬件化的部分都交給硬件處理的原則下設(shè)計(jì)的。其主要特點(diǎn)是指令長(zhǎng)度不等,指令執(zhí)行時(shí)間不等,指令集龐大,訪問(wèn)模式非常多而靈活,指令功能大多用微程序?qū)崿F(xiàn)。與CISC相比,RISC的特點(diǎn)是大部分指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成,指令的長(zhǎng)度相等,指令集是由簡(jiǎn)單的指令組成,如存儲(chǔ)器只能用Load/Store指令來(lái)訪問(wèn),訪問(wèn)模式少,減少了依賴于處理器的控制,指令功能大多使用硬布線邏輯實(shí)現(xiàn)。

(2) 典型指令系統(tǒng)

典型指令包括:數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、程序控制和輸入輸出。其中輸入輸出指令只有在獨(dú)立編址方式中才有,對(duì)于統(tǒng)一編址方式,則輸入輸出與數(shù)據(jù)傳送相同。

(3) 指令尋址與數(shù)據(jù)尋址方式

指令的尋址方式只有順序與跳躍兩種,其中跳躍尋址又有相對(duì)跳轉(zhuǎn)和絕對(duì)跳轉(zhuǎn)兩種。數(shù)據(jù)的尋址方式則較多,典型的數(shù)據(jù)尋址方式有:隱含尋址、立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、基址變址尋址等,重點(diǎn)掌握各種尋址方式的原理及其相應(yīng)指令的具體用法。

(4) 控制器

控制器是計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)中的決策機(jī)構(gòu),擔(dān)負(fù)著協(xié)調(diào)和指揮整機(jī)各個(gè)功能部分有條不紊地進(jìn)行工作的重任。

控制器有組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型和混合型三種。組合邏輯型控制器的基本思想是把控制器看作為產(chǎn)生專門固定時(shí)序控制信號(hào)的邏輯網(wǎng)絡(luò)。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是使用最少元件和最高操作速度來(lái)實(shí)現(xiàn)指令功能。隨著CPLD和FPGA的功能和應(yīng)用的拓展,組合邏輯型控制器越來(lái)越多地得到了應(yīng)用。存儲(chǔ)邏輯型的基本思想是以設(shè)計(jì)軟件的方式來(lái)設(shè)計(jì)硬件,即仿照設(shè)計(jì)解題程序的方法,把執(zhí)行機(jī)器指令所需的操作控制信號(hào)編成相應(yīng)的微指令序列存放在只讀存儲(chǔ)器里,當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時(shí),逐條地讀出微指令,從而產(chǎn)生全機(jī)所需要的各種微操作控制信號(hào),使相應(yīng)部件執(zhí)行規(guī)定的操作,完成指令功能。混合邏輯型是兩者的結(jié)合。

(5) 現(xiàn)代CPU與傳統(tǒng)CPU的區(qū)別

傳統(tǒng)的CPU由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成,現(xiàn)代的CPU除了運(yùn)算器和控制器外,還增加了高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache),Cache還可能分為多級(jí),增加Cache的目的不僅是利用程序執(zhí)行過(guò)程中的局部性原理來(lái)提高程序執(zhí)行速度,而且有可能在CPU內(nèi)部改變計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。比如現(xiàn)在廣泛使用的奔騰CPU就通過(guò)其內(nèi)部將Cache分為數(shù)據(jù)Cache和指令Cache,從而使PC機(jī)的馮•諾依曼體系結(jié)構(gòu)在CPU內(nèi)改變成了哈佛結(jié)構(gòu)。

(6) 流水線的概念及要點(diǎn)

流水線已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多種功能部件中。除了運(yùn)算器流水線外,在控制器中流水線結(jié)構(gòu)已得到廣泛應(yīng)用。

流水線要發(fā)揮最大效率,基本條件有二,一是流水線結(jié)構(gòu)中的各個(gè)過(guò)程段的操作周期應(yīng)大致相等,二是流水線應(yīng)盡可能保持不發(fā)生斷流現(xiàn)象。

可能導(dǎo)致流水線發(fā)生斷流的因素有三:一是資源相關(guān),二是數(shù)據(jù)相關(guān),三是控制相關(guān)。奔騰CPU只所以在其內(nèi)部將Cache分為數(shù)據(jù)Cache和指令Cache,其主要原因就是為了數(shù)據(jù)和指令的并行訪問(wèn),避免資源相關(guān)。數(shù)據(jù)相關(guān)可以通過(guò)特設(shè)運(yùn)算結(jié)果緩沖器及向前傳送技術(shù)來(lái)緩解,控制相關(guān)可通過(guò)延遲轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)來(lái)解決。

6總線

如果將計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的各個(gè)部件比作一顆顆的珍珠,那么總線在系統(tǒng)的作用,就相當(dāng)于連接珍珠的繩索,通過(guò)這根繩索,就可將一顆顆的珍珠聯(lián)接成一個(gè)整體,成為一個(gè)漂亮的項(xiàng)鏈?？偩€是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中公共的信息傳輸通道,存在多個(gè)主部件同時(shí)要求使用總線的可能,要將總線資源合理地分配給多個(gè)要求使用總線的主部件之一,這就存在著總線的仲裁問(wèn)題。總線的仲裁可分為集中式和分布式兩類,集中式仲裁又分三種:鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求。對(duì)于這三種集中式總線仲裁方式必須掌握其工作原理、主要優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合。

7I/O系統(tǒng)與I/O方式

I/O系統(tǒng)由I/O接口與I/O設(shè)備構(gòu)成。I/O方式可分為主要由程序?qū)崿F(xiàn)的程序查詢方式和程序中斷方式以及主要由附加硬件實(shí)現(xiàn)的DMA方式和通道方式。

程序查詢與程序中斷方式的共同特點(diǎn)是兩者都是通過(guò)CPU執(zhí)行I/O指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的輸入/輸出。只是前者是由CPU主動(dòng)查詢外設(shè)就緒后執(zhí)行的輸入/輸出,而后者是CPU通過(guò)被動(dòng)響應(yīng)外設(shè)的I/O請(qǐng)求來(lái)實(shí)現(xiàn)的輸入/輸出。主動(dòng)查詢需要占用CPU機(jī)時(shí),所以只能實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)的串行工作,而中斷方式可以實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)的并行工作。

中斷有單級(jí)中斷和多級(jí)中斷。單級(jí)中斷不是只有一個(gè)中斷源,而是所有中斷源同屬一個(gè)級(jí)別,一旦CPU響應(yīng)某個(gè)中斷源,必須等待該中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢才有可能響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。多級(jí)中斷不僅是中斷源有多個(gè),而且分成多個(gè)優(yōu)先級(jí)別,高優(yōu)先級(jí)的中斷源可以中斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)程序,從而實(shí)現(xiàn)中斷的嵌套。中斷優(yōu)先級(jí)還可以分中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí)和中斷處理優(yōu)先級(jí),中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí)是由硬件排隊(duì)電路決定的,而中斷處理優(yōu)先級(jí)是可以通過(guò)對(duì)中斷屏蔽寄存器的設(shè)置來(lái)改變的。

DMA雖是程序中斷傳送技術(shù)的發(fā)展,但它在硬件邏輯機(jī)構(gòu)的支持下,以更快的速度、更簡(jiǎn)便的形式傳送數(shù)據(jù)。

兩者之間有以下明顯區(qū)別:

(1) 中斷方式由CPU響應(yīng)中斷后執(zhí)行中斷服務(wù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送,而DMA方式直接靠DMA控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2) CPU對(duì)中斷的響應(yīng)是在執(zhí)行完一條指令之后,而對(duì)DMA的響應(yīng)則可以在指令執(zhí)行過(guò)程中的任何兩個(gè)存儲(chǔ)周期之間。

(3) 中斷方式不僅具有數(shù)據(jù)傳送能力,而且還能處理異常事件。DMA只能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

(4) 中斷方式必須切換程序,要進(jìn)行CPU現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和恢復(fù)操作。DMA可以只挪用一個(gè)存儲(chǔ)周期,不改變CPU現(xiàn)場(chǎng)。

(5) DMA請(qǐng)求的優(yōu)先權(quán)比中斷請(qǐng)求高。CPU優(yōu)先響應(yīng)DMA請(qǐng)求,是為了避免DMA所連接的高速外設(shè)丟失數(shù)據(jù)。

DMA和通道控制方式最基本的相同點(diǎn)是把外設(shè)與主機(jī)交換數(shù)據(jù)過(guò)程控制權(quán)從CPU中接管,使外設(shè)能與主機(jī)并行工作。但它們之間也存在以下主要的不同。

(1) 工作原理不同。DMA完全采用硬件控制數(shù)據(jù)交換的過(guò)程,速度較快;而通道則采用軟、硬件結(jié)合的方法,通過(guò)執(zhí)行通道程序控制數(shù)據(jù)交換的過(guò)程。

(2) 功能不同。通道是在DMA的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的,因此,通道功能更強(qiáng)。在DMA中,CPU必須進(jìn)行設(shè)備的選擇、切換、啟動(dòng)、終止,并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn),CPU在輸入輸出過(guò)程中的開(kāi)銷較大,通道控制則把這些工作都接管下來(lái)。

(3) 控制的外設(shè)類型不同。DMA通常只控制速度較快、類型單一的外設(shè),而通道支持多種外設(shè)。

8結(jié)束語(yǔ)

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)組成原理的基本內(nèi)容還在發(fā)展演變過(guò)程中。例如指令周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期的概念隨著流水線技術(shù)的不斷提高而變得越來(lái)越模糊,過(guò)去強(qiáng)調(diào)一個(gè)指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期構(gòu)成,一個(gè)機(jī)器周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期,而現(xiàn)在的CPU,一個(gè)時(shí)鐘周期就可能執(zhí)行一條指令甚至是多條指令。CPU的結(jié)構(gòu)除了引入多級(jí)Cache外,還引入了多核結(jié)構(gòu),這就使得傳統(tǒng)的教學(xué)方法和體系必須改進(jìn),相應(yīng)的教材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備有待更新,以便適應(yīng)新的體系結(jié)構(gòu)的變化,同時(shí),也需要我們教學(xué)人員共同努力,不斷創(chuàng)新,才能培養(yǎng)出適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的人才。

Discussion on the Course of Principles of Computer Organization

SHAO Ping-fan

(College of Computer Science & Technology, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430065, China)