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计算机组成原理论文4000字
计算机组成原理论文4000字 计算机组成原理论文篇一 试谈开放教育“计算机组成原理”课程教学策略 摘要：开放教育“计算机组成原理”课程教学，应狠抓课前预习环节， 培养学员自主学习能力;落实常规要求，确保面授教学效果;重视实践教学，培养 学员硬件动手能力;探索应考策略，提高过关率。关键词：开放教育;计算机组成原理;教学策略 《中国计算机科学与技术学科教程2002(CCC2002)》对计算机科学与 技术学科的教育思想、观念、教学计划等进行了深入探讨。《教程》中提出“重 视基础，加强实验，计算机、数学、外语不断线”[1]的指导思想在建立系列课程 时应该提倡。自2009年起,“计算机组成原理”课程已被列入全国研究生入学考试 必考科目之一,占总分的30%,这一新的情况给该课程的教学提出了新的要求。作 为教师,如何在有限的学时内给学员讲清要点,明确目标;作为学员又如何以最高 的效率掌握要点,灵活运用，这是教学双方都期盼实现的目标。然而,目标的实现 不仅要付出辛勤的劳动,而且要有正确的教学方法,只有方法策略得当,才可能达 到事半功倍的效果。针对本校“计算机组成原理”课程的教学现状，笔者在教学实 践中，通过采取狠抓课前预习环节、落实面授教学常规要求、重视实践教学、培 养学员硬件动手能力、探索应考策略、提高过关率等教学策略，“计算机组成原 理”课程的教学质量明显提高。
一、“计算机组成原理”课程教学现状分析 在“计算机组成原理”课程的教学中，通过调查发现，影响课程教学的 主要因素，表现为：学员课前不预习，课程学习信心不足，硬件动手能力差，复 习抓不住重点等，其原因在于学员没有养成预习的习惯，面授听课常常表现很茫 然，注意力不够集中，游离于课堂外，面授教学不能达到预期效果;学员对本课 程没有信心缘于前导课程“数字逻辑”基础薄弱，因此还没有开始学习，就对课程 产生了畏惧的心理，甚至产生放弃念头;本课程偏向硬件，应试教育环境下成长 起来的学员因硬件动手能力差，实践环节往往成为其“软肋”;学员期末备考阶段， 复习行为无策略可言，复习抓不住重点，难以取得理想的成绩。二、“计算机组成原理”课程教学策略 针对教学中学员学习中存在的诸问题，笔者认为在教学中应注重教学 常规的落实，通过扎扎实实的教学，以提高学员的学习效果，改善教学质量。
1.狠抓课前预习，培养学员的自主学习能力 学起于思，思起于疑。凡事预则立，不预则废。预习就是寻疑，学员 只有通过预习，了解所学内容，才能产生求知欲望。预习既是“自学”，又是“导 学”，也是“督学”，是三者的结合体。为了培养学员自学能力，养成勤动手查资 料、勤动脑想问题的预习习惯，笔者在开学前一周便将本课程实施细则挂在网上， 并且在每次面授前，都会要求学员将自学内容、补修内容、查阅内容、重点难点 等，以习题形式在自学笔记中完成题目解答，并在书上标记出来。如果是计算题， 如“数制转换”，还要将计算过程写出来。为了督促学员完成预习，将预习情况评 价量化，作为形成性考核成绩有效组成部分。如果面授检查发现学员没有按要求 完成自学内容，就要求学员补全预习内容，并且本次面授记录为“缺勤”，如果超 过2/3缺勤，形考成绩则不能通过，这样，学员就不能参加期末考试。通过这样 的严要求，学员重视了预习，面授时也能提出很多问题，以前的茫然状态大大改 善。对于预习，要求学员认真完成，但不苛求学员一定做对，只要不懂的内容在 书上做标记，面授时有了需要突破的重点、难点即可。总之，通过预习要求学员 至少要知道本次课要学什么内容，做到心中有数。
2.落实常规要求，确保面授教学效果 “计算机组成原理”课程难度大，内容抽象，学员很难自已理解，所以 面授教学至关重要。为了取得较好的教学效果，笔者采取了以下方法和策略：
首先，加强与学员沟通，保证到课率。根据“现代远程开放教育”试点 的精神，本课程倡导“学员个别化自主学习为主，集体学习为辅”的教学理念。课 程的面授辅导课次数很少，在时间紧任务重的情况下，每节课讲的内容较多，如 果缺一次课，后面的内容就无法听懂。所以笔者要求学员一定要做到“按时上课， 不迟到，不早退”。笔者所在学校，为了解决学员工学矛盾，对人数在5人以内的 班级采取由学员自主选择上课时间的形式，保证学员都能参加面授课，本人在每 次面授前几天，都要打电话给每位学员，电话沟通除了提醒学员按时参加面授、 保证到课率之外，主要是落实学员预习情况，要求学员简单阐述预习内容，预习效果不好的，进一步明确学习任务，要求学员完善预习。面授时，着重检查预习 效果不佳的学员。预习落到了实处，学员能带着问题上课，面授学习效果明显改 善。
其次，结合学员的学习实际，有效展开面授。一是针对学员前导课程 “数字逻辑”基础比较差的现状，笔者面授过程中会补充“数字逻辑”中必需的知识， 保证学员听懂，听懂了课的学员逐渐树立学习的自信心，以前畏惧学习的心理有 了很大改善。二是在每次面授前，先了解学员的预习情况，包括学员自学笔记、 自学作业的完成情况。以提问的形式让学员回答本节课要讲授的内容，指出自已 在自学过程中的难点。然后针对学员预习情况，突出重点，攻破难点。在讲授过 程中，尽量采用多媒体课件等生动的教学手段，配合板书讲授，把教材各章的重 点和难点内容开发成多媒体课件，抽象内容变为可视内容，图文声并举，形象直 观，一目了然。不管采用多媒体课件还是板书，面授时都要实时关注学员的眼神 和表情，当发现有异常(无反应、反应过度等)反馈时，任课教师就及时调整讲课 节奏，询问学员情况。面授过程中，多问几个“听懂了没有”，学员听懂了以后， 再讲下面的内容，否则就要重复讲解，直到学员听懂为止。自始至终要使学员跟 着任课教师的思路走，而不走神。总之，要让学员通过每次面授，真正能将在预 习过程中的难点突破，再次强调重点，使学员真正有所收获，而不是“打考勤” 来了。
第三，重视全员互动，活跃课堂气氛。在教学过程中加强全员互动， 互动可以体现在教师与学员之间，学员与学员之间。面授课堂上有了互动，就不 再是“一言堂”，学员参与程度得到增强，学习的积极性也会大大提高。学员之间 进行互动，不仅可以调动他们的学习热情，而且有助于培养他们的合作精神，形 成互帮互助的氛围。例如，在讲述“主存与Cache的三种地址映射方式”时，先介 绍地址映射方式的选择标准，然后在介绍具体地址映射方式时，可以让学员根据 选择标准判断该地址映射是否适用于某种情况，存在何种缺陷，如何改进，从而 引出另外一种地址映射方式;也可以将之作为任务布置，由学员进行分析、讨论， 并在课堂上进行提问。这样，学员有了具体的学习任务，在学习中就不会没有目 的性。在这种教学方式下，学员处于主动的地位，与教师之间也成为一种协作探 索知识的关系，消除他们由于难学带来的排斥心理。面授结束时一定要注意本次 课总结，为使学员有效地掌握本次课的重点，教师要认真研究、整合课程内容， 化繁为简，深入浅出，为学员提供简明、清晰的学习重点，有时总结成记诵口诀， 有时概括为关键词，既方便了学员记忆，又提高了教学效果。例如在讲解数制转 换中如何将二进制与八进制、十六进制互相转换过程中，给学员讲了采用“421码”、“8421”转换技巧，学员很快地理解了这部分内容。
面授策略的有效实施，解决了学员在预习中的难点，帮助学员掌握了 课程重点，教与学的质量都有了明显提高。
3.重视实践教学，培养学员实践能力 传授知识、培养能力、提高素质是课程教学的三大目标。要实现培养 能力的目标，必须明确地将实践教学摆到重要位置，体现学科的理论性与实践性 相结合的特征。任课教师用实验仪器“TEC-4计算机组和体系结构实验系统”，如 ALU、双端口存储器、微程序控制器、时序产生器等功能部件结构的创新改进， 紧密结合教材，突出整机概念，使学员抓住了课程的本质，帮助学员建立清晰的 数字系统及计算机整机概念。在实验过程中，讲解完原理后，以学员自主实践为 主，笔者指导为辅，培养了学员硬件动手等实践能力。
4.探索应考策略，提高课程过关率 不管采用什么好的教学方法，内容掌握程度如何，大部分学员追求目 标是通过考试，取得学分。针对学员需求，任课教师认真钻研近几年的中央电大 开放教育的考题规律，通过对历年考题的题型及考题所涉及的重点章节的分析、 章节重点考核内容及知识点的讲解，指导学员掌握重点，突破难点，掌握应对各 种题型的技巧。任课教师精心设计课件，将课程的选择题、判断题做成课件方便 学员复习，学员可以通过反复点击进行选择、判断,从而加深印象;对于简答题， 帮助学员提炼关键字、核心点，并要求学员在理解的基础上记忆下来;对于计算 题，重点掌握数制转换、原码、反码、补码的求法，反复强化练习，要求学员做 到任意给出一个数，都能准确无误地求出正确结果。教师的精心指导带来的是学 员的认真复习。几年下来本门课成绩全部通过，并且优秀率达到80%以上。
在教学中，教学的关键不在于策略的多样性，只要号准学员的脉，扎 扎实实地落实教学常规，也能取得事半功倍的教学效果。
计算机组成原理论文篇三 浅谈计算机组成原理实验教学方法改进 摘要：目前的高校计算机课程教学正越来越偏重学生实践能力的培养，不少高校都设计了各类的实验教学课程来提高学生们对于计算机课程的理解。文 章介绍了一项自主开展的基于FPGA开发板的CPU设计实验课程。总结了在课程 的开展过程中所遇到的多项问题。并通过为学生提供更多的课程辅助工具及平台， 使得课程的开展更加高效且符合学生们的需求，提高了学生们在此项课程中的学 习效率。
关键词：
MIPS;计算机组成原理;CPU实验;教学改革;FPGA 1 概述 计算机学科是一门与实践结合非常紧密的课程，纯理论化的教学已经 无法满足学生掌握计算机知识以及培养实践能力的需求了。因此，计算机实验课 程在现有的计算机教学体系中所占的比例越来越高。该文针对所关注的计算机组 成原理课程的教学方法，结合我们自己所开设的组成原理实践课程，针对目前教 学中所存在的一些问题，对组成原理的实验课程方法作进一步的改进，使其更符 合现在国内教学现状的需求，提高学生的实验效率。
2 CPU实验课程简介 我们的CPU实验课程主要目标为：指导学生设计出一个符合MIPS标 准的CPU。从设计初级的数字逻辑器件出发，到实现一个完整的CPU，然后学生 们可以围绕自己设计的CPU编写汇编器、高级语言编译器甚至简单的操作系统[1， 2]。让学生可以完整地了解计算机的运行原理。
参与本课程的学生所要实现的CPU使用如表1所示的31条指令，可以 覆盖大部分简单程序的需求，其具体功能可以参考MIPS指令手册[3-5]。
前两个实验比较简单，主要为了让学生能够熟悉整个的开发环境与流 程，而且译码器和选择器也是将来在其他实验中所需要使用到的部件。从第三个 实验开始，学生们将从简到难地一步步实现CPU中的各个部件的设计，并在第七 个实验中最终完成一个完整的CPU。
3 实验教学存在的问题 3.1 testbench用例不完善 我们的CPU实验课程主要是对于硬件的设计，在硬件设计的过程中，testbench的编写占有着举足轻重的地位。而参与我们课程的学生绝大多数都是第 一次接触硬件的设计，并且对于CPU的各个部件并没有一个良好的认识。所以对 于这些参与到我们课程的学生来说，有相当一部分学生没有编写完备的testbench 的能力与意识。在遇到相对复杂的模块时，学生们可能无法发现自己设计中的缺 陷，这为以后的设计留下了一定的隐患。而且随着工程越来越大时，初期的错误 就越来越难被发现。
3.2 学生开发机器运行缓慢 我们这门实验课是“口袋实验室”，参与到我们这项课程的同学都会将 实验板带回宿舍作实验，由于，学生各自的计算机性能并不能完全满足CPU实验 的设计需求。特别是随着工程的增大，在生成CPU后仿真的模型以及生成开发板 所需的电路文件时，往往需要相当长的时间，并且这个过程在CPU的开发过程中 往往需要执行很多次。而在此期间，学生往往只能等待而无法进行课程的学习， 这会造成极大的时间浪费，降低学习效率的同时也很有可能增加学生的挫败感。
3.3 应用开发效率低下 CPU要执行有一定功能的程序才会显得有意义，我们的课程会鼓励学 生在自己设计的CPU上开发一些小应用来显示CPU的实用性。我们目前的课程只 提供了基于我们课程所涉及指令的汇编器，但对于参加我们课程的学生而言，使 用汇编程序编写应用所需要的技巧与经验往往他们都不具备，这增加了小应用程 序开发的难度，不利于学生们创意与想法的拓展。在我们的课程实践中，学生们 往往都会选择开发一些类似的容易实现的应用程序，造成了应用程序的同质化。
3.4 没有统一的评分体系 任何课程都要面临的一个考核的问题。如何能够公平客观的评价学生 在整个课程中的表现不仅对于参与课程的学生，对于此课程未来的发展都至关重 要。目前我们的课程主要依赖学生的自行演示以及助教的手工查看。此方法不仅 效率低下，每周都要花大量的时间在实验结果的检查上，而且由于参与检查的人 数较多不容易保持评价标准的一致性。
目前我们的课程仍处于试验性阶段，参与的学生人数较少，若未来将 此课程推广，手工检查的方式将无法满足课程的需求。
4 针对目前教学中的问题的解决方法4.1 统一的部件接口和测试平台 通过给学生提供统一的部件接口，我们可以为学生提供统一的测试平 台。在完成每个部件的编写后，学生们首先可以使用自己编写的testbench来验证 自己设计的正确性，随后再由统一的测试平台来进一步确认部件的设计。这样就 可以有效地避免由于testbench的不完善而造成的部件设计缺陷，提高了每次部件 实验结果的可靠性，从而为接下来的实验进程打下良好的基础。
4.2 实验结果验证平台 统一的部件接口使得自动化测试以及自动评分成为了可能。学生们可 以将自己编写的代码提交到我们的测试平台，运行统一的testbench，通过对比学 生代码的运行结果和标准的测试结果就可以为学生们编写的部件提供一个客观 合理的评价。
我们可以根据学生每次提交的正确率以及最终通过测试所用的提交 次数来作为学生每次实验的评价参考。通过这种方法，我们可以不再逐个检查学 生的实验结果，不仅可以免去每次人工检查实验结果的时间，也大大提高了每次 实验评价的客观性。
4.3 CPU模拟器 我们的课程设计了一个基于部分MIPS指令集CPU的模拟器，其输入 可以为自行编写的汇编程序，模拟器的运行的结果可以作为我们CPU运行结果的 参照。同时我们课程中还拥有一个31条指令的汇编器，其输入同样为学生自行编 写的汇编程序，而输出是二进制或十六进制的机器码文件，该文件可以导入到学 生自己的CPU中运行。然后学生可以通过对比Modelsim的仿真结果与模拟器的运 行结果来验证自己所设计的CPU的正确性。我们的课程也提供了一些小程序来帮 助学生进行CPU的验证。
4.4 综合任务服务器 大多数情况下，学生们所使用的PC的性能进行完整的综合与布线任 务时往往都会花费很长的时间。我们可以为他们提供一个专门进行繁重计算任务 的服务器。
学生们可以提交自己的设计到服务器上，通过服务器来生成所需的电 路文件，将此文件下载到本地后载入FPGA，完成下板工作。鉴于服务器相对学生PC有着更出色的性能以及统一的工作环境，可以大大节省学生们完成一次设 计修改的时间，提高学生们的开发效率。
4.5 合理使用C语言开发环境 高级语言可以大大降低程序的开发难度，而且通过完善的IDE(集成开 发环境)可以更方便的确保程序的正确性。目前大部分学生所编写的小程序都不 会超出我们课程所使用的指令集。GCC编译器在默认的配置下其编译出的MIPS 指令集不会超出MIPS-I中的所有指令。经过多次测试，在多数情况下编译出的指 令多并不会超出我们目前所使用的31条指令。对于那些不在我们31条指令集范围 内的MIPS-I指令，其中有相当一部分指令是可以使用现有的指令组合来完成其功 能的，我们仅需对GCC所编译出的汇编程序进行一定的修改即可使用。这为我们 使用C语言编写开发板程序提供了很好的前提。
学生们可以首先使用C语言在现有的成熟IDE上进行编程，在验证了 程序的正确性后使用GCC将C语言编译为MIPS-I的汇编程序，在对编译完成的汇 编程序进行一些修改后可以使用我们课程提供的汇编器生成机器码来运行在学 生自己设计的CPU上。
由于学生们对于C语言的熟悉程度要远高于MIPS的汇编指令，通过合 理使用C语言进行编程，可以大大降低学生们编写应用程序的难度。
5 总结 对实验进行了诸多改进后，学生们在课程实验中的开发效率得到了明 显的提升，这也使得学生们更有兴趣将精力投入到实验课程中。同时，在线平台 的引入也减小了开展试验课程的人力投入，打下了推广该实验的基础。该文结合 了我们现有CPU实验课程开展情况，针对实验课程中所出现的问题，提出了针对 性的解决方案。这一系列的改进方案将学生从一些不必要的负担中解放出来，从 而使得学生能够将更多的精力投入到计算机组成原理的学习中。这些方案的引入 将会使得我们现有的课程变得更加具有可持续性，有利于将来此课程的进一步拓 展。
