“計算機組成原理”教學(xué)方法的探討及教學(xué)質(zhì)量的改進

摘 要：計算機組成原理是計算機專業(yè)的一門主干核心課程，課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握計算機組成部件的工作原理、邏輯實現(xiàn)、設(shè)計方法，建立CPU級和硬件系統(tǒng)級的整體概念，培養(yǎng)學(xué)生對計算機硬件系統(tǒng)的分析、開發(fā)與設(shè)計能力。本文從教學(xué)內(nèi)容、授課方式、教學(xué)手段等幾個方面進行教學(xué)方法的探討，并提出了改進教學(xué)質(zhì)量的建議。

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；教學(xué)方法；分析、開發(fā)與設(shè)計

中圖分類號：TP301-4

通過計算機組成原理課程的學(xué)習(xí)，可以分層次地掌握計算機組成的概念、工作機制、分析和設(shè)計方法等全面系統(tǒng)的知識，掌握必要的專業(yè)知識基礎(chǔ)；了解計算機系統(tǒng)中軟件、硬件功能的劃分和彼此之間相互配合的關(guān)系；按照系統(tǒng)的觀點，分析提高計算機軟硬件整體性能的必要性和各種可行性方法；從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度進一步了解提高系統(tǒng)性能的主體思想，站在更高層次上思考和解決學(xué)習(xí)工作中遇到的問題。

該課程在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中起著承上啟下的作用。但在實際教學(xué)過程中往往不能達到預(yù)期的教學(xué)效果。主要因為課程內(nèi)容枯燥抽象，教師上課方法死板無趣，知識點往往前后連貫不起來，造成所學(xué)的內(nèi)容無法緊密銜接；很多書本列出的內(nèi)容相對陳舊，不符合當今計算機技術(shù)研究和教育發(fā)展的潮流，理論課和實訓(xùn)課程安排不合理，重理論輕實踐，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。

我在課堂教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)生理解、聯(lián)系實際能力為核心的教學(xué)模式，以提高教學(xué)質(zhì)量為目的來展開教學(xué)，通過教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的探討、教學(xué)手段的介紹進行教學(xué)改革的研究。

1 教學(xué)內(nèi)容的合理安排

計算機組成原理課程的特點是內(nèi)容較多、概念抽象，難學(xué)不易懂。為了做好計算機組成原理的授課任務(wù)和課程建設(shè)，教師必須與時俱進，根據(jù)所教授學(xué)生的專業(yè)和特點改進教學(xué)內(nèi)容，對于教材的內(nèi)容進行適當?shù)膭h減和擴充。下面以計算機中央處理器CPU工作原理為例來介紹我對這門課程這個重要知識點所做的授課安排。

在課程開始時通過新課導(dǎo)入讓學(xué)生思考，我們工作生活中用的計算機是由哪幾部分組成？我們使用的計算機用來做哪些事情？完成哪些工作？通過圖文并茂的形式，介紹計算機各個組成部件。

在了解了計算機系統(tǒng)組成及各部件的作用之后讓學(xué)生去描述計算機的工作過程是怎樣的？我們每天都會使用計算機，計算機打開之后就是在運行一個又一個程序，如QQ程序、殺毒軟件程序、文字處理程序等，計算機的工作過程就是執(zhí)行程序并對數(shù)據(jù)進行處理的過程。在了解了計算機的工作過程之后我再讓學(xué)生試著去思考計算機的工作原理。

計算機的工作原理即編程人員把編寫好的程序輸入到計算機的存儲器中存儲起來，CPU依次到存儲器中取出每一條指令自動執(zhí)行，直到全部指令執(zhí)行完畢，這就是計算機的工作原理，即“程序存儲”思想。計算機工作原理是在機器指令層面介紹計算機的運行機制及其構(gòu)成的。它的工作過程就是CPU存取指令、分析指令、執(zhí)行指令并為下一次指令的執(zhí)行做好準備的過程，在整個工作過程中存儲器是存放指令的倉庫。

學(xué)習(xí)了計算機的工作原理之后，認識兩個重要的概念：指令和CPU。接著學(xué)習(xí)指令的基本格式以及每條指令所包含的信息，再通過CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖掌握CPU的兩大組成部分和CPU內(nèi)部六個主要寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR、指令寄存器IR、程序計數(shù)器PC、地址寄存器AR、累加器AC、狀態(tài)標志寄存器F的作用。最后借助兩個實例——CLA指令和ADD指令的取值和執(zhí)行指令，演示了CPU取值和執(zhí)行指令的整個工作過程。完成了本門課中一個重要知識點的由淺入深、循序漸進的學(xué)習(xí)。

計算機硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)緊密相連，相輔相成。在學(xué)習(xí)時構(gòu)建以“指令”為主線的教學(xué)體系與知識體系，讓學(xué)生建立起“程序—指令—電路” 計算機整體觀念，引導(dǎo)學(xué)生將計算機組成原理、操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、算法設(shè)計與分析等課程聯(lián)系起來，構(gòu)建出完整的計算機知識體系。

2 教學(xué)方法的靈活使用

在授課過程中我采用啟發(fā)式教學(xué)、觀察法、討論法、任務(wù)發(fā)、案例法等多種方式來引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識點更好的掌握。比如在講解Cache高速緩沖存儲器時，我會提出問題讓學(xué)生思考：計算機在實現(xiàn)CPU與內(nèi)存的通信時，如何彌補元器件之間巨大的速率差？如何構(gòu)建計算機的存儲系統(tǒng)，解決各個部件對快速、大容量存儲的需求。進而引出計算機的存儲部件和 Cache 概念。即在計算機執(zhí)行指令的過程中，CPU會不斷到內(nèi)存中讀取指令或者數(shù)據(jù)，連續(xù)不停地工作，但是高速的CPU和低速內(nèi)存之間速度會有差異，快速的CPU每次存取數(shù)據(jù)都要等待慢速的內(nèi)存，久而久之必然會影響整機的性能，這時Cache高速緩沖存儲器就可以起到橋梁的作用了，CPU每次存取數(shù)據(jù)就可以先到Cache中尋找，如果沒有找到再到內(nèi)存中找。Cache可以協(xié)調(diào)CPU和內(nèi)存之間的速度差異，提高系統(tǒng)性能。借助于一系列形象的比喻可以更好地幫助學(xué)生理解概念。

計算機組成原理這門課理論性較強，很多概念理解起來比較困難，在講解時可以把很多專業(yè)名詞用生活中隨處可見的例子進行類比，比如存儲器的編址就可以比作學(xué)生的宿舍，一排排等大均勻的房間，構(gòu)造格局相同，但是唯一識別它們的是地址編號。用高速公路比作總線，總線上流動的各類信號即是高速公路上快速行駛的車輛……同時充分利用多媒體教學(xué)手段，將計算機系統(tǒng)內(nèi)部工作用動畫演示出來，將抽象的問題簡單化、形象化。教師只有真正掌握課本知識的內(nèi)涵，才能在課堂教學(xué)中用形象生動的語言，輕松活潑的形式解釋各種復(fù)雜的概念，真正提高教學(xué)質(zhì)量。

3 教學(xué)改革的建議

針對計算機組成原理這門課程的教學(xué)現(xiàn)狀，我們可以從課程本身的學(xué)習(xí)、授課模式、教學(xué)方法等方面進行探討和嘗試，對課程設(shè)置、培養(yǎng)體系和目標進一步深究，對實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)必須給以足夠的重視，安排足夠的實訓(xùn)學(xué)時，提供實驗性能良好的實訓(xùn)裝置，能夠開展反映主要教學(xué)內(nèi)容、層次較高的實驗項目。在深化計算機各功能部件實驗的同時，加強對計算機整機硬件系統(tǒng)組成與運行原理有關(guān)內(nèi)容的實驗；在堅持以硬件知識為主的同時，加深對計算機系統(tǒng)中軟硬件的聯(lián)系與配合的認識。

參考文獻：

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作者單位：合肥財經(jīng)職業(yè)學(xué)院，合肥 230601