比較教學(xué)法在“計(jì)算機(jī)組成原理”課中的應(yīng)用

成耀

摘要：該文在介紹“計(jì)算機(jī)組成原理”課程教學(xué)情況和比較教學(xué)法的基礎(chǔ)上，闡述了比較教學(xué)法在課程教學(xué)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：比較教學(xué)法；計(jì)算機(jī)組成原理；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）06-0105-01

1 課程教學(xué)情況

“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的核心課程之一。課程以馮·諾依曼模型為起點(diǎn)，系統(tǒng)講述計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)及其功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能特征、工作原理、交互方式和基本設(shè)計(jì)方法；同時(shí)通過(guò)課堂講授，使學(xué)生系統(tǒng)地理解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本分析與設(shè)計(jì)方法。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等后續(xù)課程，全面培養(yǎng)計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)認(rèn)知、設(shè)計(jì)能力奠定良好的基礎(chǔ)，為部分學(xué)生以后參加研究生入學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)綜合考試打下良好的基礎(chǔ)。從這門(mén)課程的內(nèi)容特點(diǎn)看，它屬于理論性、技術(shù)性都很強(qiáng)且難度較大的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。因此，必須充分應(yīng)用先進(jìn)的教學(xué)理念、教學(xué)方法，讓學(xué)生對(duì)這門(mén)課感興趣，提高這門(mén)課的考試成績(jī)。

2 比較教學(xué)法

互動(dòng)百科關(guān)于比較教學(xué)法是如此描述的：比較教學(xué)法是在教學(xué)實(shí)踐中，著重體現(xiàn)辨析并確定教學(xué)內(nèi)容間異同關(guān)系的思維過(guò)程和方法。

其本質(zhì)特征在于“比較”、“對(duì)照”、“對(duì)比”、“參照”。即，依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)——內(nèi)容的或形式的，把彼此之間具有某種聯(lián)系的教學(xué)內(nèi)容放在一起，加以對(duì)比分析，以確定其異同關(guān)系，認(rèn)識(shí)其本質(zhì)差異。比較教學(xué)法的這一特征，限定了運(yùn)用比較教學(xué)法的前提條件：即教學(xué)內(nèi)容既有相關(guān)性、相似性，又有相差點(diǎn)、相異點(diǎn)。相同是比較的基礎(chǔ)，相異是比較的結(jié)果。

比較教學(xué)法的運(yùn)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的學(xué)習(xí)能力；有助于培養(yǎng)學(xué)生舉一反三，觸類(lèi)旁通的推理能力；有助于培養(yǎng)學(xué)生從事物表面現(xiàn)象找出本質(zhì)差異的分析能力。

3 比較教學(xué)法在課程教學(xué)中的具體應(yīng)用

比較教學(xué)法在課程教學(xué)中的具體應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下五個(gè)部分的內(nèi)容中。

3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1）數(shù)字計(jì)算機(jī)與模擬計(jì)算機(jī)。比較其數(shù)據(jù)表示方式、計(jì)算方式、控制方式、精度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、邏輯判斷能力。

2）計(jì)算機(jī)發(fā)展經(jīng)歷的五代之間的比較。比較其時(shí)間、主要元器件、運(yùn)算速度、體積、成本。

3）Intel微處理器演化過(guò)程中各型號(hào)之間的比較。比較其發(fā)布時(shí)間、時(shí)鐘頻率、總線寬度、晶體管數(shù)、特征尺寸、尋址空間。

4）指令字與數(shù)據(jù)字。比較其CPU周期、流向。

5）機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、算法語(yǔ)言之間的比較。從機(jī)器是否可以直接識(shí)別執(zhí)行、執(zhí)行效率、編寫(xiě)程序的難度大小、是否容易出錯(cuò)、是否依賴于計(jì)算機(jī)硬件、程序的可讀性、可移植性、是否易于為人們接受掌握和書(shū)寫(xiě)等方面進(jìn)行比較教學(xué)。

3.2 運(yùn)算方法和運(yùn)算器

1）定點(diǎn)格式與浮點(diǎn)格式。比較其容許數(shù)值范圍的大小、處理硬件復(fù)雜程度。

2）原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼。比較其定義、符號(hào)位、數(shù)值位、轉(zhuǎn)換規(guī)則。

3）檢測(cè)是否“溢出”的雙符號(hào)位法與單符號(hào)位法。比較其正溢、負(fù)溢、溢出邏輯表達(dá)式。

4）恢復(fù)余數(shù)法與加減交替法。比較其運(yùn)算步驟、是否恢復(fù)余數(shù)、步數(shù)是否固定、控制復(fù)雜程度。

5）單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器。比較其數(shù)據(jù)傳送的方便性、操作速度快慢、控制電路復(fù)雜程度。

6）浮點(diǎn)加減運(yùn)算與浮點(diǎn)乘除運(yùn)算。比較其0操作數(shù)檢查、階碼運(yùn)算、尾數(shù)操作、結(jié)果規(guī)格化、舍入處理。

3.3 多層次的存儲(chǔ)器

1）RAM、只讀ROM、可編程PROM、光擦除EPROM、電擦除EEPROM、閃速存儲(chǔ)器。比較其種類(lèi)、可擦除性、寫(xiě)機(jī)制、易失性。

2）寄存器、Cache、主存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器。比較其容量、速度、成本。

3）集中式刷新與分散式刷新。從所有行的刷新是否集中在一起進(jìn)行比較教學(xué)。

4）地址映射全相聯(lián)方式、直接方式、組相聯(lián)方式。比較其映射方式、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、適用場(chǎng)合。

5）替換策略FIFO算法、LFU算法、LRU算法。從是否符合Cache工作原理、命中率高低、硬件實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行比較教學(xué)。

3.4 指令系統(tǒng)

1）高級(jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言。對(duì)程序員的訓(xùn)練要求、對(duì)機(jī)器獨(dú)立的程度、編制程序的難易程度、編制程序所需時(shí)間、程序執(zhí)行時(shí)間、編譯過(guò)程中對(duì)計(jì)算機(jī)資源的要求等方面進(jìn)行比較教學(xué)。

2）CISC與RISC。從指令條數(shù)多少、指令長(zhǎng)度是否固定、指令格式種類(lèi)多少、指令尋址方式、訪問(wèn)存儲(chǔ)器指令多少等方面進(jìn)行比較教學(xué)。

3.5 中央處理器

1）機(jī)器指令與微指令。從機(jī)器指令的操作劃分成若干條微指令來(lái)完成、是和內(nèi)存儲(chǔ)器有關(guān)還是和控制存儲(chǔ)器有關(guān)、指令周期等方面進(jìn)行比較教學(xué)。

2）水平型微指令與垂直型微指令。比較其并行操作能力強(qiáng)弱、效率高低、靈活性強(qiáng)弱、速度快慢、是否容掌握。

3）微程序控制器與硬連線控制器。從微操作控制信號(hào)的形成、調(diào)試更改及擴(kuò)充指令是否方便、實(shí)現(xiàn)方式、速度快慢等方面進(jìn)行比較教學(xué)。

在課程教學(xué)中應(yīng)用比較教學(xué)法，可以使學(xué)生更容易理解和牢固掌握教學(xué)內(nèi)容，可以活躍課堂氣氛，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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