1、计算机应用专业“接口技术”课程的教学改革探索摘要:“接口技术”是一门软硬结合的偏硬件课程。学习这门课程需要学生对一些先修课程熟练掌握,并能够灵活地综合运用这些知识。它对计算机应用专业的学生来说常常是令其头疼的课程,教学效果往往较差。笔者结合自己多年来教授该课程的经验,就课程、学生以及实验配备等方面存在的问题进行深入分析,并有针对性地提出一些改革方向,以期对该课程的教学有所裨益。 关键词:接口技术; 课程改革;硬件教学 “接口技术”是计算机应用专业的一门专业任选课。在学习“接口技术”课程时,需要有较多的硬件基础知识,在芯片级上理解微机的工作原理,还要较为熟练地掌握汇编语言对硬件的编程使用方法,这
2、样才能够很好地学习和掌握接口芯片的工作原理,并理解接口技术在计算机中的实际应用状况。1 计算机应用专业的学生通常学习的重心会倾向于编程语言、软件设计等课程,对偏向硬件的“接口技术”课程,学生要想真正地学习和掌握好是有相当难度的。在很多时候,他们完成该课程的学习只是为了应付考试拿到学分,对于接口技术的应用,甚至是接口技术的基本概念都是模糊不清的。 1 现状分析 笔者根据多年的教学经验分析,导致计算机应用专业“接口技术”课程教学效果不良的原因大致可以归为以下几个。 1.1 课程本身枯燥难学 “接口技术”属于偏硬件类课程,综合了应用微机原理、汇编语言、接口技术及数字电路等知识,涉及到中断、定时计数,
3、串/并行通信、模 -数/ 数- 模转换等芯片的结构和原理,覆盖的知识面较广,对计算机系统的软硬件结合技术要求较高2。对大多数计算机应用专业的同学而言 ,这门课程的内容抽象、枯燥乏味、不易学习,从而容易导致学生的学习兴趣下降,主动性差等问题。 1.2 硬件基础及汇编语言的基础较差 “接口技术”对学生的硬件基础要求较高,要完全理解计算机的基本工作原理以及计算机各部件的基本结构和联系。该课程中若要进入实用阶段,则必须使用汇编语言来进行编程,而汇编语言是一种面向硬件的低级程序设计语言,没有相当的硬件基础也很难学习和掌握。 计算机应用专业的学生在大学四年中主要学习的课程都是偏向于软件设计的,对于微机的硬
4、件工作原理方面内容存在着一定的偏见,相应接触也较少,理解起来更为困难,且大多数学生很难顺利地使用汇编语言完成一定的代码编写任务,这样一来汇编语言的基础也是影响学生学习这门课程的一个关键。 1.3 学生认识上的忽视 在计算机应用专业的教学计划上,“接口技术”课程是学生在大四上学期的一门专业任选课。目前的课程教学中,讲解的侧重点在常见接口芯片的原理与结构,以及一些普通的应用。这些内容看似与计算机应用专业的培养目标联系不够紧密,再加上课程中零 作者简介: 毋琳(1978-), 女,河南焦作人,讲师,硕士,研究方向为人工智能;秦勉(1980-),女,河南开封人 ,助教,研究方向为通信信号处理 ;吕超
5、(1978-),男,山东莱芜人,工程师,研究方向为网络工程。 碎的知识点较多,学生为了应付考试只是简单地死记硬背相关知识,而忽视了对知识的理解,从而严重影响教学效果。 处于这个时期的学生,大多数都在为考研、找工作等将来的去向和前途问题忙得团团转,对专业课的学习自然有些分心。该课程具有的难度,对热衷于软件编程的计算机应用专业学生来说,无论教师在课堂上如何强调课程的重要性,很自然地就会形成“只为了拿学分,以后也无用”的错误观念。有了这样的内因主导,学生学习起来也就理所当然地不太用心,应付了事。 1.4 实验项目设置及设备的问题 “接口技术”是一门实践性和应用性都很强的课程,许多知识只有通过实践教学
6、环节才能真正的理解。在教学计划中,除了理论教学外,还要安排适当的实验教学,以强化教学效果。 接口技术实验中,目前采用的是 Intel 8088 系列的 16 位箱式实验系统。该系统提供了多种接口芯片的验证性实验,其 ROM 中固化有与每个实验对应的汇编实验程序,软件系统中还配备有详细的实验原理、实验步骤等指导性内容。学生在完成这些实验时,直接按照指导说明,连接各种线路,调用固化程序运行,观察结果写出实验报告即可。3 以上的实验方法固然可以使学生很容易地验证理论课上所学的知识,但由于学生在实验过程中仍然是一个按部就班的被动者,需要他们自己动手设计的内容是少之又少,这样的实验课缺乏最重要的自主创新
7、环节,也就失去了实验课程真正的意义。面对所有学生同样内容的实验报告也会使教师难以了解学生掌握应用知识的状况。 2 改革设想 “接口技术”虽然是一门偏向硬件设计的课程,但它作为“汇编语言” 、 “计算机组成原理”课程的后继专业课程,也是学生有效提高专业技能和动手创造能力的一门重要课程。因此,要真正提高课程的教学质量,就必须在教学指导思想、教学实验内容和实验组织方法等方面进行一系列改革,主要可以考虑从以下几个方面着手。 2.1 从思想上扭转错误认识 “接口技术”课程教学效果不佳的主要问题在于学生思想认识上的错误,如果改变了这个内因,就有可能通过其他改革手段来改善教学。 长久以来,国内计算机应用专业
8、的教学模式都是以“重软件、轻硬件”为指导思想的,这导致很多学生在完成学业之后仍然不清楚计算机主机箱内部的硬件有哪些,到了工作单位有和硬件相关的工作和研究更是插不上手,即使是在新硬件的基础上进行软件的研发也会有很大的困难,从而也阻碍了学生的就业前景和发展。因此,必须扭转学生不重视硬件的错误思想,要为学生树立计算机整机的硬件思想,并在此基础上来学习软件的开发和设计,才能真正使软件开发能力成为其以后学习工作的坚实基础。 要做到上面说的这一点,就需要在“接口技术”课程的教学过程中,以强调基础,注重实际能力为主要关注点,灵活地组织教学,以“是什么,有什么作用,如何工作,如何设计,发展现状以及发展前景”为
9、主线来引导学生学习,鼓励学生自主地思考,并勇于创新。4 2.2 改善教学方式 适当的教学模式始终都是推动教学质量的重要手段,特别是在像“接口技术”这样的课程中,需要充分的教学互动来激发学生的学习兴趣和热情,更需要合理地设置各个教学环节。 在“接口技术”课程中,学生所面临的第一个问题就是不了解接口到底是什么,接口技术到底是做什么的。这是一个很基本的问题,但在实际教学中经常有学生直到学期末也搞不清楚这个概念。究其根本,该课程是在学生完成诸多软件类课程之后开设的,学生面对突然转变的课程类型会有相当的陌生感,不知如何学习和理解。这就需要在第一节课中,利用形象生动的例子让学生建立直观的印象,从而使学生自
10、己探索着理解其中的基本概念。 除了要使学生对接口技术留下深刻的第一印象,教师还应帮助学生将这种状态持续到整个学期中。根据“接口技术”课程的特点,运用多媒体教学,设计生动、形象的教学课件是必不可少的环节。教学课件不能仅仅是板书的代替,而要以基本概念的展示为主线,强化重点内容的讲解,辅以 Flash 等动画表示,使有限的课堂时间得以充分地利用。当然,在教学环节中应充分考虑学生的理解力,在适当的地方还应配合上即兴的板书来灵活讲述。学习离不开复习,但学生往往会因为各种原因忽略了复习。为了强化教学效果,可以在课堂中抽出很少的时间共同复习。在每次课开始前先简单复习本次课需要用到的知识,结束时简单总结本次课
11、的内容。在完成一个章节或一个部分的学习后,用 12 道典型的例题将前续知识融会贯通。这样的授课模式可以使学生强制性地进行复习,得到事半功倍的学习效果。 2.3 改革实验课程的内容 至于实验环节,教师要根据教学的进展状况 ,设计出不同于实验系统 ROM 中固化实验的新实验内容,将“接口技术”课程的实验由浅到深、由简单到复杂逐步过渡。例如,在设计 8255A 芯片实验时,可以将模拟交通灯控制系统作为一个简单的验证型实验,在该实验的基础上,添加已学过的定时计数器 8253 芯片的配合,实现硬件定时的交通灯控制系统。若学生可完成,还可以继续添加数码显示的功能,采用倒计时显示等待时间,更加接近实际使用中
12、的情况。或者,还可以使该实验与中断控制器 8259A 配合,实现中断方式的随机交通灯控制系统。 在实验教学环节中,建立开放性的实验环境也是一个很好的加强学生动手能力的形式。在教学时间开放、教学内容开放、实验元器件开放的环境下,学生可以结合课程学习及自己的专业特点、时间安排、兴趣爱好提出实验题目、设计实验方案或实验构想,并 可在一个较宽松的实验环境和可灵活选择的时间范围内完成。这种类型的实验方式有利于培养学生主动学习的能力和创造意识,教师应予以积极地配合,并尽力创造条件引导和支持。 2.4 改革课程的考核方式 高校课程的考核方式可能会在很大程度上影响学生的学习方向。由于更加注重理论考核的课程,学
13、生更倾向于把时间花在课本理论知识的记忆和理解中,相应的动手时间就会大大减少。因此,只有改革“接口技术”课程的考核方式,才能够使学生的学习精力转向对理论知识的应用上。具体的考核方式可以分为学习态度、理论知识、动手能力等不同的方面,并可以适当加大动手能力环节的分值比例,可通过检查实验结果和提交实验报告来评定成绩。 3 结语“接口技术”课程作为计算机应用专业的“非核心”课程,常被学生忽视其在以后工作中的重要性。笔者在实际的教学工作中,根据教学任务和学习的客观规律,从学生知识基础、心理特点和接受能力出发,通过教与学的相互作用,已部分实践以上的改革设想,引导学生积极思考、大胆实践,得到了较好的教学效果。
14、 参考文献: 1 刘乐善. 微型计算机接口技术及应用M. 南京:华东科技大学出版社,2000. 2 周明德. 微机原理与接口技术M. 北京:人民邮电出版社,2002. 3 陈友宣. 微机接口技术实验课摘要：本文结合校级教改课题，在强调了“C+程序设计”课程在整个教学体系中的重要地位的基础上，主要针对本课程的实践教学环节中的实践环境，实践内容的安排原则，实践内容的三个层次等方面的改革做了探讨。以期能更好地实现本课程的教学目标，进一步加强学生的程序设计的实践能力。 关键词本文来自：计算机毕业网 ：C+语言；面向对象程序设计；实践教学 1 引言 “C+ 程序设计”课程是高校计算机科学与技术专业的一门
15、重要的专业基础课，也是“数据结构” 、 “数据库” 、 “软件工程”等专业必修课的先修课程，在整个专业的教学体系中占有非常重要的地位。但是由于本课程的学习对象一般是大学低年级的学生，他们对计算机语言、计算机编程还很陌生，加之 C+语言、面向对象程序设计本身的抽象性和复杂性，使之成为一门比较难教和难学的课程。因此，如何提高本课程的教学效果一直是计算机专业教师比较关注的研究课题。 “C+程序设计”课程不仅有较强的理论性，更有较强的实践性，是一门实践性非常强的课程，其实践教学环节的效果将直接影响着理论教学的效果。因此，本文就教学过程中如何在较短的教学时间内，以简单易懂的方式，使学生能较快而扎实地掌握
16、“C+程序设计”课程的内容，并具有面向对象程序设计的实践能力，结合校级教改课题“计算机专业程序设计系列课的建设与改革” ，主要针对实践教学的几个主要方面进行了探讨，以期能进一步提高本课程的教学效果，整体提升本课程的教学质量。 2 实践环境 目前，在本课程的教学实践中大多选用的是比较流行且较为成熟的 Visual C+ 6.0 作为程序的集成开发环境。需要注意的是，C+语言本身的开发平台是 DOS 的，而不是 Windows 的。Windows 平台提供了一个很好的程序框架，但是初学者的注意力很容易被吸引到程序框架上去，从而很难学好 C+的基础知识，因此在 C+语言的实践过程中，应该采用 Vis
17、ual C+ 6.0 中的控制台方式，在学习 MFC 编程的时候，再使用 Visual C+ 6.0 中的 Windows程序框架。 3 实践内容的安排原则 在实践内容的安排上，要注意把握以下几个方面： (1) 应少一些验证性的实践内容，多一些设计性、综合性的实践内容。 (2) 实践的内容不仅要有针对性，更要能紧密联系实际。实践决不仅仅是为了掌握语法而设计，更重要的是解决实际问题。 (3) 实践的内容尽可能要求学生能够独立设计、编程，教师在实践中仅起引导和辅导的作用。进一步增强学生独立分析问题、解决问题的能力。 (4) 通过实践，不但对于课堂学过的内容进一步巩固，而且还可以进行一定程度的创新，
18、培养学生的创新能力。 4 实践内容的三个层次 对于本课程的实验指导书，从以往的验证性实验居多的情况下，应逐步改进为将本课程实验分为三个层次，即验证性实验、设计性实验和综合性实验。 验证性实验是学生根据实验指导书的要求，在教师指导下，按照既定的实验步骤，完成全部实验过程，以验证课堂教学的理论，深化理论学习，培养学生基本实验能力，使学生获得实验基础训练。如，熟悉 C+程序的运行环境、运行一个 C+程序的方法、数据类型与表达式等。 设计性实验是由教师给定题目和要求，学生根据已掌握的基础知识、基本理论，选择相应的数据结构和算法，独立完成实验，写出实验报告，并进行综合分析，培养学生动手能力、分析解决问题
19、和创新思维的能力。同时，在实验过程中，使学生初步了解编程的基本要求和一般程序，培养学生实事求是的科研态度和严谨的治学作风，为将来从事实际工作打下基础。整个实验过程中，学生都处于主动学习的状态，学习的目的非常明确，独立思考，特别是创造性思维比较活跃，学生主动学习的积极性可以得到充分调动。如，程序的控制结构、函数的使用等。 综合性实验是指学生在学习和掌握一定的基础性实验原理、编程过程和实验技能的基础上，运用本课程的综合知识或与本课程相关的课程知识，对所学知识进行优化组合、综合应用的实验。此过程不仅使学生能够更深刻的理解所学知识，而且在一定程度上也培养了学生运用已学知识解决各种实际问题的综合能力。这
20、对于培养创新人才、培养学生运用不同的思维方式和不同的编程方法综合分析问题、解决问题的能力大有裨益。比如将类和对象、封装、继承和多态性的思想集成在一个综合的与实际紧密结合的实验中完成。 其中，验证性的实验尽量少一些，可以设在开始的 12 个实验中，每个实验中给出详细的操作步骤，让学生有章可循的进行实验；设计性的实验居多，只给出问题的描述和重要知识点的分析，由学生独立设计并完成相应的任务；综合性的实验可以设在最后的 12 个实验中，将本课程中重要的知识点进行综合，完成一个综合性实验。 另外，在每次实验结束时，对实验内容进行验收，并将实验的完成情况记入平时成绩中，这样做不仅会提高学生学习的效率，同时
21、也会激发学生学习的积极性。 4 课程设计 在本课程的实践环节中，除了设置 20 学时的实验外，还针对 Windows 应用程序安排了 1周的课程设计。对于这 1 周的课程设计，我们采用的是研究型学习方法，由学生在老师的辅导下，针对老师给定的题目或自选题目，进行相关的调研工作，进而完成相应的系统分析、设计、实现以及测试的相关任务，强调学生参与程序开发的全过程，并实现对所学知识的系统的总结和真正的融会贯通。 在这个环节中一定要注意是不要在整个课程设计完成之后才让学生提交一份综合的报告书，这样一方面同学不注意积累阶段性的成果和文档，最终造成实习报告书的不完整；另一方面，有些同学会在整个设计的过程中没
22、有计划性，前松后紧，以致最终敷衍了事，没有真正达到课程设计的目的。因此，在整个课程设计的过程中要严格按照软件工程的要求，分阶段布置任务，并让学生分阶段地提交相应的文档和实习成果，督促学生保质保量地按时完成课程设计的任务，真正实现课程设计的目的。 5 改革的效果 对于本次“C+ 程序设计”课程的实践教学的改革，在北京林业大学计算机科学与技术专业 05 级 1、2、3、4 班中进行了实践，实践后达到了以下的效果： (1) 通过本课程的学习，学生不仅仅是掌握了语法，更重要的是掌握了常见的程序设计的算法，并能通过算法来进一步理解语法。 (2) 进一步激发了学生学习程序设计的兴趣，增强了学生学习的主动参
23、与性，减少了学生对编程的恐惧心理和畏难情绪。 6 结束语 本次“C+ 程序设计”课程实践环节的教学改革只是一个初步的成果，在今后的教学过程中还需要不断地实践、不断地积累。在本课程的教学过程中，一定要注意激发学生学习的兴趣和主观能动性；加强学生的实践能力，尤其是主动参与实践的意识的培养；使学生不仅掌握理论知识的学习，还具有较强的独立的程序设计的能力。 参考文献 1 陈志泊,王春玲. 面向对象的程序设计语言C+M. 北京：人民邮电出版社,2002. 2 周立章. C+面向对象程序设计课程教学探索与实践J. 西华大学学报( 哲学社会科学版), 2005, 增刊: 257-258. 作者简介 王春玲，
24、北京林业大学信息学院软件教研室，讲师。 E-mail ： 摘要：本文分析了计算机专业本科生课程计算机系统结构的教学现状，结合目前在教学实践中采用的部分措施，提出了在计算机系统结构课程中采用 EDA 平台进行相关课程实践的方案。 关键词本文来自：计算机毕业网 ：EDA 平台；计算机系统结构；课程实践 1 计算机系统结构课程教学现状分析 随着计算机硬件、软件技术的发展，如何合理分配计算机软、硬件功能，最大限度地开发计算机的并行性，达到最佳性价比，是计算机系统设计人员最关心的问题。对计算机专业本科生而言，不仅要掌握计算机的软、硬件系统组成及工作原理，具备开发与应用的技能，而且还需要进一步掌握计算机系
25、统设计的基本原理和方法。计算机系统结构正是这样一门面向计算机系统设计、性能评价与分析的课程。 计算机系统结构是为计算机专业本科生开设的一门系统分析与设计综合的课程，也是计算机科学与技术专业的核心课程。通过本课程的学习，能够使学生掌握计算机系统结构的基本概念，学会以高层建筑的观点，以应用算法、硬件、软件综合考察和分析设计计算机系统结构；培养学生以性能价格比的观点去分析、评估、设计一个计算机应用系统；使学生掌握当代迅速发展的 RISC 技术的主要设计思想和技巧；了解高等计算机系统结构的并行性、可扩展性及可编程性等先进技术思想，掌握最新的计算机流水技术和并行处理技术。目前该课程的教学由于受到课时的限
26、制，大多采用以教学为主，辅以适当的作业、定期答疑的形式进行课程的教与学。由于计算机系统结构课程与以往硬件课程相比，较为抽象，学生感到学习这门课程有一定的难度， “只说不练”限制了学生自主学习的动力，只能被动地接受知识，影响了学习效果。由于计算机系统结构在计算机专业课程链上排在计算机组成原理之后，要求学生对计算机的组成与设计有相当程度的了解。因此该课程所学的内容，不单是纯粹的理论知识，还构建在一定的计算机硬件结构上，所以有必要对相关知识点辅以实践教学，不能对所有内容太过“透明” ，这样才能有助于学生更深一层掌握这门课程。 在计算机系统结构课程实践教学环节，通常采用的是虚拟化仿真软件winDLX、
27、DLXview、SimpleScalar 等，这些仿真软件都具有一定的典型性，对问题的考虑较细致，而且在软件设计上便于观测运行结果及进行性能分析。但这些软件只针对课程某一部分知识进行实践，而对于其他知识的实践缺少支撑，因此需要去熟悉每一个环境，较为烦琐。 为了提高计算机系统结构课程教学质量，结合目前在北京工业大学计算机专业本科生教学实践中采用的部分措施，我们提出了基于 EDA 平台的计算机系统结构实践教学的方法，并针对存储系统的课程实践进行了研讨。 2EDA 平台用于课程实践 通过对国内外课程实验现状的调查分析研究后，我们对该课程实践环节进行了相应的改革，摒弃了以往在面包板上插线所进行硬件设计
28、的实验方式，采用 EDA 平台进行单项实验以及最后的课程设计。通过这种实践方式避免了以往实验存在的过多“验证性”的元素，以及实验中存在的插线虚接、连线折断及无法保存个人电路设计造成实验不能间断进行的问题，这对于培养学生良好的硬件设计思维，建立系统级的概念有非常重要的意义。 由于 EDA 平台具有灵活性和可保存性，极大地方便了课程实践的参与者。教师可以根据课时的要求，方便地调整课程实践的方案；学生可以根据自己的时间安排课程实践。在设计过程中，每个学生可以根据需要选择课程实践中所需要的器件及芯片，按自己设计出的逻辑电路进行芯片间的连线，线路一旦连接好，不必再担心连线折断、导线虚接等问题。在此基础上
29、，针对设计出的部件进行模似仿真，测试验证计算机整机设计结果的正确性。在课程实践测试完成后，利用存储的测试结果，提交给教师查验。可以看到，采用 EDA 平台，能够更好地进行计算机系统硬件的课设实验，并提高课设实验的水平及效率。 经过计算机组成原理课程实践改革，我们认为采用EDA 平台方式来完成计算机系统硬件课程设计是可行的，其中硬件设计的可继承性是以往其他手段所不具备的，学生所做的单项实验可以在课程设计中继续使用，不同的功能部件设计以及不同的模型机结构带来了设计结果的多样性，学生的创造性得到了发挥，这也给我们带来了启示，能否利用计算机组成原理课程实践中的一些成果，将 EDA 平台引入计算机系统结
30、构中来，使得学生在前面课程中的硬件设计不会因为课程的结束而结束，这不仅有助于课程的延续性，也有助于提高学生学习的兴趣。 为了验证 EDA 平台在计算机系统结构课程实践中的可行性，我们针对计算机系统结构中的 Cache 存储体系采用EDA 平台进行了有意的探索。此内容在系统结构课程中占据着很重要的一节，通过讲述主存与 Cache 的地址映像方式等内容，使学生对存储系统的优化设计有更深刻的认识，能够从速度、容量、成本的角度理解不同的设计方法对提高计算机系统性能的影响。 我们依然采用计算机组成原理课程实践中使用的 Quartus II 平台。该平台是完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境，具有硬件
31、描述语言、电路原理图、时序图等多种文件格式输入方式，利用其提供的标准门电路、芯片等逻辑器件，完成数字电路从设计输入、编辑、编译、仿真、封装到下载的全过程。该系统强大的图形界面和完整的帮助文档，使学生能够轻松快速地掌握和使用该 EDA 平台进行逻辑电路及相关系统的设计。 为了避免在单项实验上花费大量的实验学时，且从课程延续性角度考虑，可以选择在计算机组成原理课程中设计的模型机上构建这个系统，在模型机总体结构上增加一个 Cache 模块，如图 1 所示。系统总体框图与模型机结构类似，除了 Cache 部件外，只是在控制信号微命令上有所增加。为了体现 Cache 的功能，模块内可以包括地址映像，地址
32、转换，替换算法等功能部件，基本上包含了课程中所讲授的知识点。 图 1 系统总体结构框图 以一个 16 位模型机为例，Cache 采用了组相联的地址映像方式，Cache 部件数据通路如图 2 所示。Cache 的主要工作部件有 Cache 存储单元、块表单元、替换单元、比较单元、块表修改单元。Cache 设计为地址包括每四块为一组，一共有四组，同时将内存地址设计为区号、组号、组内块号和块内地址，也是每四块为一组，一共有四组，同时分为两个区。块表存储器采用按地址访问和按相联访问两种方式工作。在块内采用相联方式访问，在块之间采用按地址方式访问，块表的容量与 Cache 的块数相等。替换算法采用 FI
33、FO 法，完全采用硬件实现地址的映象及替换算法，每组一个模 4 的计数器，本组有替换时，计数器加 1，计数器的值就是要被替换出去的块号。 图 2 Cache 部件数据通路 设计完成后编制调试程序，程序以二进制或十六进制数的形式存入主存储器的初始化文件中，在时序信号的配合下，对主机系统的整体运行进行调试。在给定机器唯一的输入信号时钟脉冲信号 CLK 后，使机器自动地、连续地运行存储在主存中的调试程序。在遇到停机指令后，则停止机器运行。机器运行结束后，检测机器运行调试程序的时序模拟仿真输出波形图，以确认各条机器指令运行的正确性。图 3 为部分测试波形图，图中 IN 为 Cache 部件接收的内存地
34、址，IND 为要写入的值，QB 为 Cache 存储器的输出端，与数据暂存器和内存的存储器相连， QA 为内存的输出端，与 Cache 的存储器相连，RB 为 Cache 内部存储器的地址，RA 为内存的地址。图中可以看到在 08H 时，未命中，因此装入 08H0FH 的值 1118 装入到 Cache 的 18H1FH 中，波形图与设计相符。因此通过波形图可以很好地验证设计的正确性。 图 3 测试波形图 在设计实现过程中，学生可以根据自己掌握理论知识的深度以及设计难度进行开发，教师可根据实现程度给出评分标准。Cache 存储体系知识点较多，比如地址映像方式有直接相联、全相联、组相联等方式，替
35、换算法有随机法、FIFO、LFU 算法等，当 Cache 与主存不一致时有写直达法和写回法，以及对Cache 性能分析时加速比的计算等。选择采用哪种算法可以由学生来选择，可以根据模型机结构，采用 8 位或 16 位通用寄存器，控制部件的设计可以采用微程序控制部件或组合逻辑控制部件的设计方式。这样通过 EDA 平台，可以将学生各自的设计思想体现出来，加强了计算机系统结构课程的生动性。 3 结论 本文通过对计算机系统结构课程教学现状的分析和研究，结合目前在教学实践中已采用的部分措施，提出了在计算机系统结构课程中采用 EDA 平台进行相关课程实践的方案。通过采用 EDA平台，可以将学生各自的设计思想
36、体现出来，加强了计算机系统结构课程的生动性，有助于提高学生学习的兴趣，还能够在一定程度上提高学生的实践能力。采用 EDA 平台对Cache 存储系统进行课程实践，对计算机系统结构课程的其他知识点的实践起到了一个先导的作用。 参考文献 1 郑纬民，汤志忠. 计算机系统结构M. 北京：清华大学出版社，1998. 2 易小琳等. 基于 EDA 平台的计算机系统硬件课程虚拟化实践的研究J. 中国大学教学， 2005，(7). 3 易小琳等. 网上计算机系统虚拟实验室的研究J. 计算机工程， 2002，(11). 4 易小琳，朱文军，鲁鹏程. 计算机组成原理实践教程基于 EDA 平台M. 北京航空航天大
37、学出版社， 2006. 作者简介 鲁鹏程(1976-)，男，讲师，计算机系统结构教研组教师，博士，目前研究方向为计算机系统结构及嵌入式系统。 易小琳(1959-)，女，高级工程师、计算机系统结构教研组主讲教授，硕导，目前研究方向为计算机系统结构及嵌入式系统。 朱文军(1974-) ，男，讲师，计算机系统结构教研组教师，博士，目前研究方向为计算机系统结构及“计算机组成原理” 的课程教学改革与实践关键词:计算机组成原理; 课程改革;教学方法; 多媒体教学;实验教学 摘要:根据“计算机组成原理”的课程地位和特点,针对教学过程中的重点和难点,从教学内容的组织、教学方法、教学工具和实验教学等几个方面进行
38、改革,从而提高了课程的教学水平和教学质量。 计算机组成原理是计算机各类专业学生的核心基础课程之一,从课程的地位来说,它是微机接口技术和计算机系统结构等课程的前导课程,在整个专业的教学体系中起着承上启下的作用。它的主要教学任务是让学生能系统地理解计算机硬件系统的逻辑组成和工作原理、掌握计算机系统的基本设计技术。但是由于这门课程具有内容多、难度大和更新快等特点,学生往往感到课程内容难学、难懂、概念抽象,教师在教学中使用传统的教学方法和教学手段很难实现教学目标。因此,在教学过程中教师应从以下几个方面对课程教学进行改革。 一、精心组织教学内容 教师在教学过程中要做到突出重点、突破难点。本课程的重点是计
39、算机中的各个基本部件的设计思想、逻辑结构和工作原理,以及完整的计算机系统的基本组成原理。难点是如何以指令流和数据流为主线,将计算机的各个部件联系起来,建立整机的概念。如 CPU 如何从存储器中取出指令;控制器如何控制每一条指令的执行过程等。在教学过程中要围绕这些重点和难点来精心组织教学内容,设计教学的各个环节,通过运用多种教学方法、现代化的教学手段和工具以及有针对性的教学实验来实现重点的把握和难点的突破。 二、采用多种教学方法 为了使学生对所学知识有更好的理解,充分调动学生的学习兴趣,在实际教学中应灵活运用多种有效的教学方法。 使用类比教学法讲授课程中抽象的教学内容,可以让学生更容易理解。如讲
40、解程序中断时,学生对中断处理过程不好理解,此时可以举例:假设两人正在下棋(程序中断中的主程序 ),忽然一人接到一个重要的电话 (中断请求),这时棋局暂停(中断主程序,保存现场)、接通电话(处理中断服务子程序),等通话结束( 中断服务子程序处理完毕),棋局继续进行(继续运行主程序)。这个例子形象地说明了中断处理的详细过程;讲解定点乘除法时,用熟悉的十进制进行类比;讲解偏移地址时,用学生在自己本班的学号进行类比。这样可以使抽象的概念和工作原理变得简单易懂,同时也提高了学生的学习兴趣。 在讲解动态存储器和静态存储器时,使用启发式教学法,首先引导学生对两种存储器的特点进行比较,找出不同之处,然后引发出
41、它们在实际应用中应有哪些不同,这样逐层剖析,不仅可以提高学生的注意力,还能够提高学生分析问题和解决问题的能力。 另外在授课过程中向学生介绍本学科发展的新动向、新技术。如在讲解主存储器时增加目前常用的 DDR2 和 DDR3 内存的介绍;在讲解闪存时增加固态硬盘(SSD)的介绍;在讲解总线时增加现在的 HyperTransport 总线和 PCI-Express 总线的介绍。这样不但可以提高学生的学习兴趣,还弥补了教材和实际的脱节。 三、现代化教学手段和工具 由于本课程的内容覆盖面广、难度大、内容多,而且各部件的组成结构和控制电路都被封装在芯片中,工作过程都发生在芯片内部,讲解起来较为抽象。为了
42、使学生更好地理解教学内容,提高教学效果,就要充分利用现代化的教学手段和工具。 ( 一)多媒体课件 多媒体课件可以加大课堂教学的信息量,而且其中的动画形式可以将抽象的工作原理和工作过程直观形象地表示出来。比如:在讲解指令的寻址方式时,用 FLASH 制作了各种常见寻址方式的执行过程,可以让学生直观地看到各种寻址方式寻址的过程,易于学生分析各种寻址方式的特点;在讲解 CPU 执行指令时,通过动画生动地反映了计算机指令被执行的详细过程 ,指令如何流动,数据如何获取,结果如何存放;其它如 Cache 替换算法和存储器工作原理等教学环节也可采用类似的教学手段。这样就能使学生直观地获得感性认识,加深学生对
43、理论知识的理解和记忆。 (二)网络课程建设 利用校园网络搭建网络课程教学平台,通过网络教学平台,学生可以获得教学大纲、教学教案和讲义等资源,可以方便地提交作业和在线测试,还可以观看教学录像来实现自主学习。老师也可以通过学生在网络教学平台上反馈的信息,发现学生遇到的难点以及教学中的不足,及时对教学进度和教学方法进行调整,这样就能形成教师与学生的教学互动,提高课堂教学的效率。 四、实验教学的改进 实验教学是本课程的重要教学环节之一,通过实验能够使学生更加深入地理解计算机的结构和工作原理,从而提高学生对计算机系统进行分析和设计的能力。由于课本中讲解的是各种计算机通用的理论知识,而实验所用的实验箱则是
44、一台具体的计算机,所以在实验前需要让学生清楚实验箱的结构和组成、每个部件的连接情况和部件使用的芯片类型、芯片的针脚结构等等,这样学生才能更深入地理解实验。同时实验室每周都定时向学生开放,除了可以进行验证性实验,还可以进行将所学知识综合运用的设计性实验。通过以上对实验教学的改进,不仅提高了学生的学习兴趣,而且提高了学生的创造和动手能力。 五、结语 我校近年来根据计算机组成原理课程的特点以及在教学过程中所遇到的难点,从教学内容的组织、教学方法、教学手段和实验教学等几个方面进行教学改革,提高了课程的教学水平和教学质量,取得了较好的教学效果。随着计算机技术的不断发展,计算机组成原理的教学仍然还有很多工作需要去研究和实践,只有不断探索、不断总结才能有效地提高教学质量。 参考文献: 1 白中英.计算机组成原理M.北京 :科学出版社,2008 2 唐朔飞.计算机组成原理M.北京:高等教育出版社,1999 3万萍.浅谈启发式教育的内涵与教学优势 J.社科纵横(新理论版).2008,(1) 4向琳,张展等.“计算机组成原理”实践教学探讨 J.计算机教育,2008,(20)
