計算機組成原理課程實驗教學(xué)分析

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摘要：針對計算機組成原理課程理論性強，抽象，學(xué)習(xí)難度大等問題，闡述對該課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計以及實踐措施，探討使課程教學(xué)的理論和實踐緊密結(jié)合的具體實現(xiàn)方式。從實驗課程的理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，實驗教學(xué)過程的設(shè)計以及實驗教學(xué)方法等方面，對實驗課程的內(nèi)容和教學(xué)方式進行介紹，并結(jié)合實驗教學(xué)的效果進行了歸納總結(jié)，以期為計算機組成原理實驗的教學(xué)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；實驗教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)過程；教學(xué)實踐

1問題的提出

《計算機組成原理》課程是高校計算機相關(guān)專業(yè)本科生必修的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個專業(yè)課程中具有重要的地位。進行年來，計算機技術(shù)無論在軟件還是在硬件方面都得到了飛速的發(fā)展，計算機系統(tǒng)在人們生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域都得到了越來越多的應(yīng)用?！队嬎銠C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，我們不得不面對這樣一個實際情況，那就是《計算機組成原理》課程偏向于計算機硬件，其理論性強，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，計算機相關(guān)專業(yè)的學(xué)生普遍存在著重視軟件相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，而輕視硬件相關(guān)知識的學(xué)習(xí)的心理及現(xiàn)狀。如何通過課程實驗教學(xué)的合理組織與安排，達到提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，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，是一個需要迫切解決的問題。本文結(jié)合課程理論教學(xué)的實踐，從實驗課程的理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，實驗教學(xué)過程的設(shè)計以及實驗教學(xué)方法等方面，對實驗課程的內(nèi)容和教學(xué)方式進行介紹，并結(jié)合實驗教學(xué)的效果進行了歸納總結(jié)，以期為《計算機組成原理》課程實驗教學(xué)提供思路和借鑒。

2課程理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

《計算機組成原理》課程的教育目標(biāo)定位于使學(xué)生掌握單CPU計算機的組成原理與內(nèi)部運行機制，包括計算機系統(tǒng)的基本組成與結(jié)構(gòu)，計算機硬件的功能部件的組成及工作原理，為學(xué)習(xí)理解高級語言編寫的程序如何被執(zhí)行的過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)成整機系統(tǒng)的技術(shù)以及計算機系統(tǒng)的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。2)理解單CPU計算機的完整硬件組成、基本運行原理、內(nèi)部運行機制。3)能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法，對有關(guān)計算機硬件系統(tǒng)中的理論和實際問題進行計算、分析，并能對一些基本部件進行簡單設(shè)計。4)在知識、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)計算機中的數(shù)據(jù)表示和運算方法，包括：定點數(shù)的表示和運算、浮點數(shù)的表示和運算；2)計算機中的運算器部件，包括：算術(shù)邏輯單元、定點運算器結(jié)構(gòu)、浮點運算器結(jié)構(gòu)；3)存儲系統(tǒng)，包括：存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、主存儲器、高速緩沖存儲器、其他形式的高速存儲器、虛擬存儲器系統(tǒng)、輔助存儲器；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課程實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

實驗教學(xué)內(nèi)容按照理論教學(xué)進程安排，以單元實驗為主，每一章節(jié)的理論教學(xué)內(nèi)容都對應(yīng)安排相應(yīng)的實驗教學(xué)內(nèi)容，并再最后安排一次貫穿課程全部內(nèi)容的綜合性實驗內(nèi)容。驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗的構(gòu)成比例為4：3：1。實驗內(nèi)容與理論教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，目的是加深學(xué)生對理論知識的理解。同時，通過合理地安排實驗教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的基本設(shè)計能力和實踐能力。通過合理的設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和形式，既幫助學(xué)生對計算機硬件系統(tǒng)的各組成部分的結(jié)構(gòu)原理和工作過程有了充分的理解，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實驗教學(xué)過程的設(shè)計與實驗教學(xué)方法

不同實驗性質(zhì)的實驗內(nèi)容采用不同的教學(xué)過程的設(shè)計和教學(xué)方法。1)驗證性實驗的教學(xué)過程和教學(xué)方法驗證性實驗的教學(xué)過程包括：學(xué)生課前預(yù)習(xí)，實驗課前檢查→實驗內(nèi)容及要求的講解→實驗原理的講解及實驗芯片的介紹→操作步驟講解及示范→學(xué)生動手實驗，教師個別輔導(dǎo)答疑→實驗驗收，評定驗收成績。2)設(shè)計性實驗的教學(xué)過程和教學(xué)方法設(shè)計性實驗的教學(xué)過程包括：學(xué)生課前預(yù)習(xí)，實驗課前檢查→實驗內(nèi)容及要求的講解→課程理論教學(xué)相關(guān)原理的回顧→實驗方法的講解→學(xué)生進行實驗過程的設(shè)計→學(xué)生設(shè)計成果檢查→學(xué)生動手實驗→教師實驗總結(jié)→實驗驗收，評定驗收成績。3)綜合性實驗的教學(xué)過程和教學(xué)方法綜合性實驗是將前面幾個實驗中的單元電路組合在一起，構(gòu)成一臺簡單的模型計算機。使用的單元電路主要包括運算器、存儲器，以及微程序控制器。實驗?zāi)Ｐ蜋C是用微程序控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通路的控制，通過執(zhí)行由機器指令組成的簡單程序體現(xiàn)模型機的功能。其教學(xué)過程包括：學(xué)生課前預(yù)習(xí)，實驗課前檢查→實驗內(nèi)容及要求的講解→課程理論教學(xué)相關(guān)原理的回顧→模型機工作原理以及操作步驟的講解→操作示范→學(xué)生動手實驗，教師個別輔導(dǎo)答疑→實驗驗收，評定驗收成績。最后，通過驗收成績和實驗報告成績，綜合給出課程實驗成績。

5結(jié)束語

近五年的教學(xué)實踐表明，《計算機組成原理》實驗教學(xué)調(diào)動了學(xué)生做實驗的積極性，使學(xué)生在實驗過程中能主動上手，將抽象的理論知識進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)生分析問題、解決問題以及動手實踐的能力。

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作者：李靈華 單位：大連民族大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院