計(jì)算機(jī)組成原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

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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

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(mén)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。《計(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。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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作者：李靈華 單位：大連民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院