《计算机组成原理》课程教与学
本文作者： 谭海军， TAN Hai-jun
第22卷第3期V01．22No．3阿坝师范高等专科学校学报JOI瓜NAI．OFABA7IEACHERSCOI正EGE2005年9月Sep．2005谭海军(涪陵师范学院计算机科学与技术系。四川重庆408003)【摘要】在计算机专业体系结构科目中，《计算机组成原理>是一门承上启下的核心课程，是硬件设计的基础。
它包括从教材选取到探讨教师和学生教与学的互动及该课程如何进行教学设计、提高教学质量等教学方法和手段。【关键词】计算机组成原理课程建设教学设计【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1008--4142(2005)030078一03OntheTeachingandLearningoftheCourseCompositionPrincipleofComputerTANHai-jan(ComputerScienceandTechnologyDepartmentofHulingTeachersCollege。Chongqing408003．China)【Abstract】Amongcomputerspecialtysystemstructuralsubjects，CompositionPrincipleofComputerisacorecoursewhichn增msaconnectinglinkbetweentheprecedingandthefollowing，isallessentialforhardwaredesigns．眦papercoversfromtheselectionoftextbookstotheprobeintotheteaching-learninginteraction。theteachingdesignsofthiscourseandtheteachingmetho凼andmeanstoimproveonteachingqualities．[Keywords】ComposhionPrinciple矿Computerbuildupofcurriculateachingdesign计算机技术的迅猛发展。对现有的计算机专业的教学模式提出了新的挑战。因而对于计算机专业的传统教学也带来了新的机遇。《计算机组成原理》是高等学校计算机科学与技术专业的核心基础课，也是计算机专业研究生入学考试的专业课之一。主要教学任务是使学生能系统而完整地理解计算机硬件系统的组成结构和工作原理，培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计及开发能力。除理论教学外，实验教学也是一个非常重要的环节。它不仅可以使学生剖析和体验计算机的基本组成和工作原理．而且可以培养学生的分析问题和解决问题的能力。该课程在先修课《数字电子技术基础》和《汇编语言程序设计>和后续课程《计算机系统结构》、《微型计算机技术>和<操作系统》起承前启后的作用。l、<计算机组成原理》课程内容<计算机组成原理》是从计算机系统的概念提起，计算机系统是由硬件和软件两部分构成，其硬件部分包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件，通过总线构成一个完整的硬件系统。学生通过对编码数据的加减乘除运算方法和基本逻辑电路的学习掌握运算器的基本工作原理：通过对阵列逻辑电路的学习认识随机存取存储器中的SRAM和DRAM存储单元电路、存储结构、读写时序，只读存储器ROM、EPROM、EEPROM和FlashMemory的相关技术特性：通过对时序逻辑电路的分析掌握控制器的工作原理及控制方式．微程序控制器和组合逻辑控制器的工作原理和设计方法。该课程中还介绍个计算机中主存储器的组成与控制以及重叠交叉存取控制的方法磁表面存储器的工作原理硬磁盘存储器的种类及结构、记录格式、硬盘控制器以及磁盘阵列存储器CPU与外部设备交换数据的方式数据传输的控制方式、中断的概念、DMA以及输入输出通道的原理计算机系统的概念、系统分类的方法、系统性能评测方法等。同时要求学生能够区分微机系统、工作站系统、服务器系统和多媒体计算机系统，掌握其系统的相应性能，为后继相关专业课程打好专业基础。2、计算机组成原理学习过程中的困难【收稿日期】20050428【作者简介】谭海军(1977一)，男，四川广安人，涪陵师范学院计算机科学系助教，重庆大学2004级在读硕士研究生，主要从事计算机应用研究．第3期谭海军：79从以上本课程的内容涉及面中可以看出，《计算机组成原理》具有知识面广、难度大、内容多、更新快等特点，教师也普遍感觉到这门课程内容多、难点也多、图例多、要求板书的量非常大。而且时常感觉到教材中所介绍的内容和现实中广泛应用的元器件明显脱节。学生则普遍度映这门课程难学、难懂、非常抽象、内容多，头绪多。
3、计算机组成原理实验重要性随着计算机技术的不断提高，计算机中某些观点和技术在发生变化．但我们的计算机原理和总的构成是不会变．仍采用的是冯·诺依曼计算机。在课堂教学中讲解的知识让学生如何从理性推导能够得到验证，那么实验的教学就显得尤为重要。以我们学院为例，所采用的教学实验设备是TEC一2实验计算机系统，开设的试验有TEC一2SYSTEM的使用。微程序控制器设计，计算机主存储器扩展设计，计算机并行接口电路设计及计算机多级中断等实验。这些实验的教学让学生在今后研究计算机体系结构打下坚实的基础。同时体系结构的研究对汇编语言程序设计也是一个补充和升华，而对于一个高级语言程序设计人员是透明的，从而进一步加深理解书本上或课堂教学中讲授的知识和方法，将所学知识融会贯通。4、如何解决学习《计算机组成原理：》中遇到的问题《计算机组成原理》这门课程具有知识面广、难度大、内容多、更新快等特点，在各个高校中普遍存在着”教师难教．学生怕学”的现象。怎样把握课程的主线和重点．使学生不但打下坚实的理论基础，同时具备较强的开发设计动手能力．培养并增强学生的自信心，改变当前学生中“重软件、轻硬件”的现象，就成为我们在这门课的授课过程中必须解决的问题。
4．1选好教材、合理组织教学《计算机组成原理》的教学教材种类多，但要选择一本主线清晰、组织衔接合理得当、内容全面、知识新颖的教材相当重要。
就目前而言大多数是采用国外著名教材，如：王爱英的《计算机组成与结构》，白中英的《计算机组成原理》，王诚的《计算机组成原理》，WilliamStallings，(ComputerOrganizationandArchitectureDesigningforPerformanceFifthEdition计算机组织与结构性能设计(影印版)》等。我们学院所采用的是王爱英的《计算机组成与结构》作为本科教学教材，王诚的《计算机组成原理》作为专科教学教材，主要参考书为白中英的《计算机组成原理》，保证了与其他高校教材的一致，以便学生进一步深造。
为达到与教材相同步相关，我院购买了与该教材相配套的TEC一2实验计算机系统作为实验设备。
在《计算机组成原理》的内容组织上我们依据教学大纲，强调从“计算机硬件系统”概念出发，围绕“存储控制程序”这一基本思想，冯·诺依曼型计算机的五大部件为主线来编辑组织教材内容。
重点在于对计算机的运算器、控制器、存储器以及I／0接口的工作原理进行讲解。
其他部分可根据课时的多少进行略讲。同时结合计算机硬件技术的发展增加，适当增加有关计算机各部件的演变历史和最新技术的知识，例如讲解到中央处理器时可对INTEL公司和AMD公司CPU设计、性能、价格等对比，以增加学生对该门课程学习兴趣。教材中用来阐释的主机模型与学院现有的实验设备类型相一致．理论和实验环节相结合，让实验课的来推动教学质量的提高。4．2课堂教学需要“教”与“学”互动前面提到《计算机组成原理》难学、难懂、非常抽象、内容多。头绪多。客观上反映了我们对于这门课程教学所面临着的问题。这门课程在教学过程中如何把握好老师的”教”和学生的“学”?我认为应该从这几方面来谈：一是，教学过程中启发学生积极参与到理论的推导过程巾，引导学生去分析推导各个部件的功能、结构以及工作原理，以形成“整机”的概念。
例如在讲解ALU(ArithmeticandLogicUnit，算术及逻辑部件)时，从基本逻辑门电路(“异或门”实现半加器)如何实现一位加法运算到采用“超前进位加法产生电路”实现四位二进制的比较分析．得出ALU电路中如何解决快速计算和多位二进制的运算设计思想。二是，在教学过程中采用多媒体技术进行演示。由于《计算机组成原理》知识的抽象性、理论性很强，单单在课堂上利用传统的粉笔加黑板等教学工具还不能很好地描述计算机内部各个部件的工作过程和原理。我们可以利用计算机制作CAI课件．将计算机的工作原理动态地呈现出来，使模糊抽象的概念变得直观、形象。
例如在讲解运算器、控制器及存储器等在处理指令时可用动态演示的手法进行模拟．使书本上的理论更加形象生动呈现并加深学生理解和提高了学习兴趣．从而大大提高了教学效率。三是。采用提问式的教学。在教学的过程中可先向学生进行提问让学生有目的的进行预习和探讨。然后讲解课程内容。这样可以让学生的学习更为主动，从而加深学生对概念的理解，培养学生将自己摆在设计者角度考虑问题．以增强创造性。例如在讲解存储系统时，虚拟存储器的设计思想是否能与cache存储器的设计思想一致．设计目的是否一致等问题的探讨会促使学生在学习存储系统概念有深入的了解。这样教会学生分析，在试图改进一种技术方案时．哪些是必须保持的，哪些是可以改变的。如何突破原有概念的束缚以产生新的方案。
四是。加强对课后习题的讨论和讲解。理论教学过程中学生难免对知识点的掌握还很模糊。容易混淆概念．在课后的习题主要是对课堂教学的应用和升华。例如在学生在学习指令系统时。计算机如何分析指令、执行指令，可按照理论课上讲解的内容理解，但在遇到实阿坝师范高等专科学校学报2005年际问题时该如何分析就显得尤为重要。这时就可能与学生一起来探讨Pentium微处理器的指令系统设计思想以及该系统在执行指令时是如何分析指令从得到操作码和操作数(一般是要学生理解操作数是如何产生)，执行指令得到指令的结果。这样可对原来的理论举一反三。
触类旁通的作用．学生在分析或设计其他系统时进行应用。4．3实验教学。促进学生的动手开发能力计算机原理实验在整个教学工作中占有重要位置。必须选择性能良好、合适的实验设备．再辅以先进的实验手段。采用硬件软化的实验教学，使学生掌握了使用数字系统设计的基本方法用良好的实验设各为学生研制和调试实验计算机提供了一个良好的环境。
由于实验设备是使用可编程逻辑器件来实现逻辑电路，节省时问、便于修改，因此提高了实验效率。也提高了实验效果。
做实验前，教师安排一次实验内容的学习，让学生运用计算机内各部件的基本原理以及各部件运行时所需要的准备信号的分析等，把理论应用到实践当中。既提高了他们的兴趣，又增强了他们的自信心，减少验证性试验。
增加设计性试验。
布置实验任务和目的．然后引导学生去设计并完成实验，这样就迫使学生在课前去预习，查阅大量的资料来完成设计，这样既调动了学生的主观能动性。在实验设计报告中，要求学生对实验结果和数据进行分析总结，提出自己的观点和改进意见，加深了对实验的理解。这样锻炼了他们动手能力和分析、设计能力和总结问题的能力，为以后从事科研工作打好基础。由于很多实验都是在芯片级．甚至部件级上完成的，这对刚刚接触《计算机组成原理》的学生来说，显得非常抽象。计算机原理实验教学的规律计算机原理实验教学要做到对实验内容上要精心安排．在进度上要有三个阶段。
应该做到先基础、简单、局部的实验细节要求深入。然后扩展．复杂和整体的实验要求协调。
要求连贯。我们可以在做实验前让学生对计算机组成原理实验箱有一个感性的了解．首先用一个课时对实验箱的认识。然后在课程设计期间．教师为学生提供不同难度的设计题目。
学生也可根据自己的能力和兴趣自主地设计题目，同时为学生提供了大量的芯片供选择。在整机的调试、运行与验收时，鼓励学生利用各种技术手段进行快速调试。以锻炼工程实施能力。
4．4教学反馈，综合评定，培养学生学习硬件知识的自信心教学反馈是一个重要的教学环节，通过这一环节，教师不仅可以评定学生平时成绩，而且可以随时掌握学生的学习情况，及时修正教学方案。同时还有助于提高教师自身专业水平，达到教学相长的效果。教学的反馈形式主要有：课堂提问、讨论，课下答疑，作业与实验报告等。
比如在讲解计算机硬件系统中的运算器的功能和组成逻辑部件时，教材上是Am2901芯片为例进行分析，为了达到举一反三的目的在进行教学的过程中让学生去分析该运算器的有的功能并以此让学生对该芯片的认可程度作一个评价，这样归纳总结与学生共同探讨，从而使学生的问题得到了解决，教师也从中受益匪浅。成绩是学生们都非常关心的问题．学生各科成绩不能由一次期终考试来决定，我所采用的方法是：理论与实验分开考核，平时成绩，比例如下：总成绩=平时作业及考勤(15％)+实验(30％)蝴末考试(55％)。在上一年的教学中我做了一个分析见下表：学生成绩统计分析寰(学生^救83人)分数段∞以上80-8'-吩7079分8069分l∞分以下人数sA23人35人11人9人l所在比例6．0器2L71％{zl件l13．2鼹I10．84％从上表中可以看出这样的评分方法基本上反映了学生对该课程的综合掌握能力，也符合教学中学生成绩的正态分布规律。4．5利用信息资源。开展双语教学由于国外计算机技术的发展比较先进．在教学中参考了一些国外教材，提供一些英文的资料(主要来源于Intemet和国外的著名教材，如：WilliamStallings，(ComputerOrganizationandArchitectureDesigningforPerformanceFifthEdition计算机组织与结构性能设计(影印版)》)供学生阅读。这样做的目的，一是可以使老师和学生同时了解当前与计算机系统结构相关的一些前沿的知识和技术：二是可以提高学生的专业英语的阅读能力，同时为下一步的双语教学做好准备。5、结束语在各个教学环节中，互动式教学比较关键。教学本身是一个双主体的行动，欲提高教学质量，达到教学要求，一定要教与学的双方互相配合，不断地培养大学生实践能力和创新素质，立足时代前沿，迎接知识经济的挑战，以达到教与学的协调一致。
教学形式多样化和教学资源网络化的今天，如何解决《计算机组成原理》巾教与学的关系已是迫在眉睫之事。以上观点仅为我在教学中的一点体会。【参考文献】[1】王爱英．计算机组成与结构(第三版)【M】．北京：清华大学出版社．2001．[2】王诚．计算机组成原理【M】．北京：清华大学出版社，2001．【3]WilliamStallings，(ComputerOrganizationandArchitectureDesigningforPerformanceFifthEdition计算机组织与结构性能设计(影印版)》．PearsonEducationf41王诚．计算机组成原理实验指导书【M]．北京：清华大学出版社。2002．【5】5徐爱萍，刘建英，昊松梅．计算机组成原理课程教学改革研究D】．高等建筑教育．2004，(1)．。
本文《《计算机组成原理》课程教与学》 --- 作者： 谭海军， TAN Hai-jun
上一篇：《化工自动化及仪表》课程教学的探讨
下一篇：《经济基础知识》校本教材开发的实践与思考