学文网组成原理课程设计总结例1
1问题的提出
《计算机组成原理》课程是高校计算机相关专业本科生必修的一门核心专业基础课程，在整个专业课程中具有重要的地位。进行年来，计算机技术无论在软件还是在硬件方面都得到了飞速的发展，计算机系统在人们生产、生活的各个领域都得到了越来越多的应用。《计算机组成原理》课程为这些应用提供了必不可少的基础理论。然而，我们不得不面对这样一个实际情况，那就是《计算机组成原理》课程偏向于计算机硬件，其理论性强，抽象，学习难度大。而我校的教学定位于培养应用型人才，因此，计算机相关专业的学生普遍存在着重视软件相关知识的学习，而轻视硬件相关知识的学习的心理及现状。如何通过课程实验教学的合理组织与安排，达到提高学生学习的主动性，培养学生学习的兴趣，提高课程教学的效果的目的，是一个需要迫切解决的问题。本文结合课程理论教学的实践，从实验课程的理论教学内容的设置、实验教学内容的设置，实验教学过程的设计以及实验教学方法等方面，对实验课程的内容和教学方式进行介绍，并结合实验教学的效果进行了归纳总结，以期为《计算机组成原理》课程实验教学提供思路和借鉴。
2课程理论教学内容的设置
《计算机组成原理》课程的教育目标定位于使学生掌握单CPU计算机的组成原理与内部运行机制，包括计算机系统的基本组成与结构，计算机硬件的功能部件的组成及工作原理，为学习理解高级语言编写的程序如何被执行的过程和原理提供理论基础。具体教学要求如下：1)理解各大部件互连构成整机系统的技术以及计算机系统的概念性结构和功能特性。2)理解单CPU计算机的完整硬件组成、基本运行原理、内部运行机制。3)能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。4)在知识、能力两方面都得到提高。课程理论课的教学内容按照冯•诺依曼结构划分，包括：1)计算机中的数据表示和运算方法，包括：定点数的表示和运算、浮点数的表示和运算；2)计算机中的运算器部件，包括：算术逻辑单元、定点运算器结构、浮点运算器结构；3)存储系统，包括：存储系统的层次结构、主存储器、高速缓冲存储器、其他形式的高速存储器、虚拟存储器系统、辅助存储器；4)总线，包括：总线信息传输、总线的工作方式、总线仲裁、总线标准；5)指令系统，包括：指令格式、寻址方式、指令类型；6)控制器，包括：控制器的功能和基本结构、指令的执行过程、微程序控制器、硬布线控制器；7)输入/输出系统，包括：设备、输入/输出接口、输入/输出信息传送控制方式。
3课程实验教学内容的设置
实验教学内容按照理论教学进程安排，以单元实验为主，每一章节的理论教学内容都对应安排相应的实验教学内容，并再最后安排一次贯穿课程全部内容的综合性实验内容。验证性实验、设计性实验和综合性实验的构成比例为4：3：1。实验内容与理论教学内容紧密结合，目的是加深学生对理论知识的理解。同时，通过合理地安排实验教学过程，培养学生的基本设计能力和实践能力。通过合理的设计教学内容和形式，既帮助学生对计算机硬件系统的各组成部分的结构原理和工作过程有了充分的理解，又提高了学生的学习兴趣，取得了良好的教学效果。
4实验教学过程的设计与实验教学方法
不同实验性质的实验内容采用不同的教学过程的设计和教学方法。1)验证性实验的教学过程和教学方法验证性实验的教学过程包括：学生课前预习，实验课前检查实验内容及要求的讲解实验原理的讲解及实验芯片的介绍操作步骤讲解及示范学生动手实验，教师个别辅导答疑实验验收，评定验收成绩。2)设计性实验的教学过程和教学方法设计性实验的教学过程包括：学生课前预习，实验课前检查实验内容及要求的讲解课程理论教学相关原理的回顾实验方法的讲解学生进行实验过程的设计学生设计成果检查学生动手实验教师实验总结实验验收，评定验收成绩。3)综合性实验的教学过程和教学方法综合性实验是将前面几个实验中的单元电路组合在一起，构成一台简单的模型计算机。使用的单元电路主要包括运算器、存储器，以及微程序控制器。实验模型机是用微程序控制器实现数据通路的控制，通过执行由机器指令组成的简单程序体现模型机的功能。其教学过程包括：学生课前预习，实验课前检查实验内容及要求的讲解课程理论教学相关原理的回顾模型机工作原理以及操作步骤的讲解操作示范学生动手实验，教师个别辅导答疑实验验收，评定验收成绩。最后，通过验收成绩和实验报告成绩，综合给出课程实验成绩。
5结束语
近五年的教学实践表明，《计算机组成原理》实验教学调动了学生做实验的积极性，使学生在实验过程中能主动上手，将抽象的理论知识进行了具体又直观的展示，使理论教学内容得到了形象化和具体化，有利于理论内容的消化理解，有效地提高了学生分析问题、解决问题以及动手实践的能力。
参考文献：
[1]蔡晓燕,袁春风,张泽生.计算机组成原理实验初探[J].计算机教育,2013(21):74-78.
[2]杨泽雪,闵莉,王建伟.计算机组成原理课程实验教学探讨[J].计算机教育,2015(4):107-110.
[3]杨欣宇,李诚,宋广***,等.计算机组成原理实验教学改革探索[J].计算机教育,2013(18):45-47.
[4]蒋本珊.计算机组成原理[M].北京:清华大学出版社,2013.
组成原理课程设计总结例2
关键词：课程设置；教学内容；整合
中国分类号：G642
文献标识码：B
1两门课程的开设情况
“计算机组成原理”是计算机专业本科生必修的重要核心硬件基础课程之一。计算机专业本科生都会开设该课程。该课程从单处理计算机系统的概念出发介绍硬件和软件两部分，其硬件部分主要包括运算器、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。通过学习本课程，学生能建立清晰的“整机”概念，能够掌握计算机的一般组成原理和内部运行机理。
“计算机系统结构”是计算机及相关学科的专业基础课程，是计算机硬件与结构方面重要的一门课程。部分应用技术型计算机专业本科生没有开设该课程。我们学校就没有开设。该课程主要研究软件、硬件功能分配和对软件、硬件界面的确定，即确定哪些功能由软件完成，哪些功能由硬件实现。从总体结构和系统分析这一角度来研究计算机系统。本课程的学习目的是建立计算机系统的完整概念，学习计算机系统的分析方法和设计方法，掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。
2国外相关教材内容
目前国外有很多类似教材包含了近乎两门课程的教学内容。美国计算机专家William Stallings编著的世界著名计算机教材Computer Organization and Architecture ：Designing for Performance(Seventh Editon)是介绍当代计算机体系主流技术的最新技术的优秀教材。该书以Intel Pentium 4和IBM/Motorola PowerPC作为考察实例，将当代计算机系统性能问题和计算机组织与体系结构的基本概念及原理紧密联系起来。主要内容有CPU性能设计、指令流水线、整数和浮点算术、微程序设计的控制器；RISC处理器和超标量处理器；最新的IA-64体系结构和Itanium处理器；PCI新型系统总线规范；cache存储器组织、cache一致性问题和MESI协议；包括行总线和最近研发的InfiniBand；最后是多个处理器的并行组织，包括对称多处理机、机群系统、非均匀存储器存取(NUMA)系统。
3两门课程的比较和整合
应用技术型本科计算机专业课程的设置应做到面向市场、灵活有效，要对教学内容进行精选，把体现当代科学技术发展特征、多学科知识交叉与渗透的趋势和动向反映出来。整合后的内容如下表所示。
整合后的实验主要是运算器及设计实验、存储器及设计实验、控制器及设计实验、系统总线控制实验、模型计算机实验等。
整合后的课程设计主要是设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机等。注意根据课程进度进行相应的具体的实验项目，此外还要兼顾先简后难。可以先进性简单的验证式实验，然后稍有难度的设计性实验，最后是较大难度的综合性实践。
参考文献
[1] 钟荣柏． 应用型本科计算机专业课程体系的探讨[J]． 科教文汇,2007,(4)．
[2] 王忠华，屈会芳． “计算机组成原理”课程教学的改革与实践[J]． 电脑知识与技术(学术交流),2007,(13)．
[3] 柴志雷． “计算机组成与体系结构”教学初探[J]． 考试周刊,2007,(27)．
组成原理课程设计总结例3
近年来，随着我国汽车工业的飞速发展以及汽车技术的不断进步，应用在汽车上的新结构、新材料、新工艺等层出不穷，这对车辆工程专业的人才培养并与之相匹配的培养方案以及课程知识体系提出了更高的要求。《汽车构造》是工科院校中车辆工程、热能与动力工程、汽车服务工程等专业的主干核心课程，是学习其他专业课程的重要基础，在整个人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。通过本课程的学习，使学生掌握汽车类型、汽车总体构造、汽车主要技术参数；掌握汽车各大系统、总成和零部件的结构和工作原理，了解新技术在汽车上的应用以及新能源汽车的基本知识。具体在学习过程中首先应具备《机械制***》、《大学物理》、《机械原理》以及力学与电子类等先修课程的基础，如果本门课程掌握不好，对于后续所有专业课程的学习如《汽车理论》、《汽车设计》等都会产生非常大的影响。
二、教学现状分析
1.现行课程的理论知识体系。现行教学体系中将专业课程进行了条理化划分，分为专业核心课程和专业选修课程两大类，其中专业选修课程又分为专业课组限选课程（车身工程课组、测试试验课组、汽车新能源与电子技术课组、底盘工程课组）和专业任选课程。《汽车构造》课程属于专业核心课程中的第一门专业课程，使用的教材是吉林大学陈家瑞教授编写的经典教材《汽车构造》第五版以及史文库教授编写的《汽车构造》第六版，授课主要采取基于大纲内容与教材的教学课件。由于汽车技术对应结构总成的不断更新，导致现有理论知识体系单一且不系统、匹配的教案与课件的实时性不强、实践的软硬件条件不足、教学理念落后、教学手段与组织方式陈旧等问题，使得《汽车构造》的教学质量与效果不能显著提高，不利于学生后续开展其他专业课程的深入学习。
2.现行课程的实践教学体系。与本课程相匹配的实践教学内容主要有发动机、底盘电器与电子设备、新能源汽车结构与认知实验等，在一定程度上有助于学生认识整车、系统、总成的基本结构与原理，为后续进一步专业实践奠定较好的基础。存在的主要问题是现有实践体系与内容陈旧、实践的形式单一、现有实践资源的利用率不高，基于实践的设计或创新少甚至没有。
3.教学方法、课程考核及效果。现行《汽车构造》教学方法主要仍以“教师讲授，学生被动学习”为主要模式，尽管教师讲授过程中已经引入了多媒体教学方法，辅助了部分***片、动画、视频等教学资料，但是学生在课程学习过程中的主动性、积极性和参与度方面仍然不足，从而导致学生虽然在一定程度掌握了汽车的基本原理与结构、认识了汽车有关新结构，但仍然存在“原理――结构――设计”间系统性认识不足的问题。现行《汽车构造》课程仍采用“考试为主，平时为辅”的考核方法，即期末考试成绩占总成绩80%，平时成绩（含出勤+作业）占总成绩20%。现行考核结果虽然可以反映出学生对课程理论知识点的掌握程度和记忆程度，但是缺乏对课程理论知识应用能力的反映，这与更新的人才培养目标是相悖的。现有考核模式偏重理论知识的记忆，对学生理论知识的工程应用和分析、解决问题的能力培养重视不够。同时，现行《汽车构造》课程仍以“大班教学”为主，教师对课堂的管控不到位、学生上课容易开小差，从而导致课程总体教学效果不理想。
三、从“实”出发的课程教学改革计划
为了达到未来工程教育专业认证的要求，需要对课程教学进行深入的改革，即对传统理论与实践教学体系、模式和方法等的改革。从实际课程“任务工单”出发，再到实际按德国的行动导向原则进行相应实践活动。使课堂教学从灌输变为对话，从封闭式教学变为开放式教学，从知识教学变为能力教学，从句号教学变为问号教学。
1.课程理论知识体系及相关教学材料的改革计划。课程教学体系紧跟现代汽车设计技术的发展趋势，拟以“汽车构造―理论―设计―技术―方法”的现代汽车设计理念为导向进行改革，按照从“实际结构入手、追溯实际原理、引出实际设计”的原则、以“实际的整车―系统―总成―部件”为切入点对原有知识体系进行一定的重构，其中要逐渐加强电器与电控、新能源汽车知识的教授，做到既注重基本汽车结构的掌握，又适当贴近迎合对现代与未来汽车相关知识的把握和了解，从而修订并完善相应的教学大纲。按上述重构的知识体系进行双语PPT课件的开发与教案的更新；收集、整理、翻译、吸收国外先进的理论或实践类教学资料作为教师和学生的教辅支撑；编写更适用本专业人才培养目标的教材并出版。
2.课程实践教学体系的改革计划。在最新课程体系的基础上，建立分层级的实践教学平台如下：课程教学实?平台、学生兴趣小组平台、汽车竞赛平台以及教师科研平台，将“汽车构造―理论―设计―技术―方法”的现代汽车设计理念贯穿于整个平台建设与实施过程中。其中在课程教学实验平台、学生兴趣小组平台中拟开展围绕汽车结构与原理的可视化动画、仿真教具、半实物或实物教具的设计开发。另按课程不同知识点设置不同的任务工单，使学生在完成工单过程中实现理论和实践的完美统一。
组成原理课程设计总结例4
中***分类号：G642文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）08-0003-03
1 引言
“计算机组成原理”课程是计算机专业的一门承前启后、承上启下的核心专业基础课，由于涉及知识面广、内容多、更新快，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象、难于理解。为了最大限度发挥学生自主学习的能力，使学生对计算机基本原理和设计方法有一个清楚的了解，我们开设了配套的设计性实验环节。通过亲自设计计算机的各个关键部分，学生可以进一步融会贯通理论教学内容，提高其综合运用知识的能力。同时，设计性环节也为后续课程“计算机组成原理课程设计”的开设打下良好基础，将理论课和实验课的教学内容更好的衔接，对培养学生的主动性、协作精神和创新能力具有积极的作用。
本文主要介绍在“计算机组成原理”课程中设计性环节的教学实践工作，希望能对同行有一定的借鉴作用。
2 设计性环节的内容
通过对“计算机组成原理”教学内容的分析，并结合后续课程“计算机组成原理课程设计”的教学需要，我们设置了三个部分的设计内容，每个部分都有明确的教学目标。第一部分为指令系统的设计；第二部分为控制单元的设计；第三部分为简单计算机体系结构的设计。并要求每两名学生为一组，共同完成各个部分的设计任务。
2.1 指令系统的设计
指令系统的设计内容主要安排在“计算机组成原理”课程讲授指令系统的过程中。这样可以让学生带着问题和任务更主动地学习指令系统的基础理论知识，充分地理论联系实际，根据设计中对计算机功能和组成的要求来完成对指令系统的设计，并可以在“计算机组成原理课程设计”实验过程中进行完善。教学实践表明，将计算机指令系统的设计任务安排在“计算机组成原理”讲授指令系统的过程中，可以让学生在理论和实践相结合的基础上更深入地理解机器指令和指令系统之间的关系，掌握指令系统的分析和设计方法，还有利于对“计算机组成原理”后续知识点的理解。
2.1.1 设计要求
要求为一个八位字长的计算机设计指令系统。该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他的必要部件。设计的指令系统要求必须包含如下指令和寻址方式：
（1）数据传送指令：包括取数、存数，寄存器之间传送数据等指令。取数、存数应具有立即数、存储器立即寻址、寄存器立即寻址等方式。
（2）运算指令：包括加法、减法、自加1、移位、取反等算术运算指令。
（3）转移指令：无条件转移指令、条件转移指令。
（4）停机指令。
2.1.2 确定指令系统及指令编码
由于设计的是八位计算机的指令系统，可以采用单字长和双字长指令。例如，八位计算机的指令格式可以为：
一个完备的指令系统必须包括数据传送、算术逻辑运算、程序控制等指令，能够实现约20~30条指令和常用的寻址方式，例如：
（1）取指令 （双字长指令）
MOV AC, Mi Mi-->AC （AC为累加器，Mi为存储器地址）
（2）加法运算指令（单字长指令）
ADD AC，Ri AC＋Ri-->AC （AC为累加器，Ri为通用寄存器i）
根据设计要求，表1给出了设计指令系统的一种方案。
指令系统的性能决定了计算机的基本功能，因而指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题。一台真实的计算机通常是非常复杂的，学生不可能在有限时间中设计出来。我们要求学生设计的计算机功能较简单，基本指令简单、典型，学生容易掌握，也有利于后续计算机系统设计的开展。
2.2 控制单元的设计
控制单元的设计是计算机系统设计的重点和难点。基本控制单元的设计问题包括如何形成和连接受控部件的控制信号，以及在何时使这些控制信号有效。学生***地设计控制单元，不仅可以使学生剖析和体验设计的基本思路和方法，为今后设计计算机打下初步基础，而且可以培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生有更多的想象空间和发挥空间。
2.2.1 设计要求
控制单元的设计有组合逻辑和微程序控制两种方法，我们要求用组合逻辑来产生控制指令执行的控制信号序列。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
2.2.2 组合逻辑控制单元的设计
根据指令系统的设计，对每一条指令进行细化，对指令执行过程进行分析，确定执行每一条指令所需的微操作数及节拍数、确定系统时钟节拍数、以及确定每个节拍对应的微操作，形成每条指令的微操作时间序列表。并根据微操作时间序列表，在节拍信号和指令译码信号的作用下，得到所有微操作的控制信号以及使该控制信号有效的条件，形成每个微操作对应的逻辑表达式。根据逻辑表达式及其对应的控制信号产生电路，就可以完成具有整个指令系统的控制单元的设计。
控制单元的设计内容我们有意识地安排在“计算机组成原理”课程讲授控制器的过程中。学生们对于课堂上讲授的有关控制单元的原理、概念和设计方法并没有直观的印象，单纯的理论学习难免枯燥，难以提起学生们的兴趣。教学实践证明，在“计算机组成原理”讲授控制单元的过程中，学生们对自己在第一阶段设计的指令系统中的每一条指令执行过程进行分析，对八位字长计算机的控制单元进行初步设计，可以把控制单元中的各个知识点串起来，可以有效加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，进一步弄清计算机内部结构的时空关系，并极大地调动了学生们的学习兴趣。
2.3 体系结构的设计
在计算机系统设计和实现阶段，根据自顶向下的设计方法，首先设计整个计算机的大体框架，即总体结构***，以求有一个大体的框架，对以后的设计工作起到指导作用。再依据自顶向下的设计思想，把整个计算机划分为多个模块，对各个模块进行设计，然后综合，完成整个计算机的设计。
2.3.1 设计要求
要求设计一个八位字长的计算机的体系结构，该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他必要部件。在功能上，要求该计算机能够完成单字节或双字节加/减、单字节无符号乘法、16位除以8位除法等多种基本运算。要求设计的计算机系统能完成指定的功能，功能较强而又简洁。
2.3.2 总体设计
按照学生所设计的指令系统的要求，参考一般计算机的数据通路结构，***2给出了八位计算机总体结构框***的一种设计方案，规定了各功能部件的功能和各功能部件之间数据通路的走向。
在***2中，AR为地址寄存器，PC为程序计数器，IR为指令寄存器，AC为累加器，GR为通用寄存器组，ALU为算术逻辑运算单元。C标志寄存器用来寄存进位C标志，Z标志寄存器用来寄存结果为零的Z标志。另外在***2中还有两个四选一开关和一个二选一开关，其中的一个四选一开关是用于形成C标志的输入，另一个四选一开关用于控制数据总线，二选一开关用于控制地址总线。
2.3.3 功能部件的设计
基于所设计的计算机总体结构，确定每一个功能部件的功能、功能部件与外部的连接端口信号、各功能部件与数据总线连接方案。
（1）运算器的设计
运算器由ALU、通用寄存器堆GR、累加器寄存器AC及数据选择开关等组成，具有进位（C）、结果为0（Z）等状态标志位。
能实现最常用的算术运算（加、进位加、减、借位减、自加1、自减1等）、逻辑运算（逻辑与、或、非）及移位、数据传送等功能。
（2）控制器的设计
控制器包括脉冲源、启动电路、节拍发生器、程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR和控制信号产生部件。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
（3）数据总线
数据总线的数据源较多，在设计过程中要注意各个数据源在数据总线上是否冲突。
简单计算机体系结构和各个功能模块的设计环节，有助于学生在理论和实践相结合的基础上，深入了解计算机系统各部分的工作原理及相互联系，加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，加深整机概念，进一步弄清计算机内部结构的关系。
3 结论
“计算机组成原理”是学习计算机系统的关键课程，在完成基本原理知识学习的同时，必须加强对学生的创新意识、实践能力和设计能力的培养。正是基于此点，根据从事计算机组成原理的教学经验，我校在理论教学过程中引入了设计性环节，充分重视培养学生分析问题和解决问题的能力。不仅活跃了课堂气氛、拓展了师生沟通的渠道，而且便于在教学中及时发现学生存在的问题，达到教学相长的目的。对提高教学质量、加深学生对所学计算机组成原理知识的理解、增强学生开创能力是非常有益的，符合新时期人才培养的需要。
在“计算机组成原理”设计性环节的教学实践中，我们发现不同的设计方案越来越丰富，反映出学生的求知欲望是很强的，而且富有创新精神。设计性环节的教学实践使我们深深体会到，除理论教学外，设计性实验也是一个非常重要的环节。通过学生自己动手提高其综合运用知识的能力，是培养大学生专业素质的重要环节和有效途径，无疑将对学生能力的培养起到积极作用。
参考文献：
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[3] 赵硕,杨欣宇. 计算机组成原理课程的设计性实验[J]. 高师理科学刊，2005，(5).
[4] 徐爱萍等.计算机组成原理课程教学改革研究[J]. 高等建筑教育，2004，(3).
收稿日期：2007-1-18
作者简介：刘芳（1971-），女，博士，国防科技大学计算机学院讲师。主讲“计算机原理”与“计算机原理课程设计”两门主干课。研究方向为计算机体系结构和信息安全。
通信地址：湖南长沙 国防科技大学计算机学院601教研室
组成原理课程设计总结例5
关键词：计算机组成原理；EDA；课程建设
中***分类号：G642
文献标识码：B
1存在的问题
“计算机组成原理”是计算机专业一门重要的专业基础课，但现在该课程在教学活动中存在一些问题。
(1) 学习“计算机组成原理”课程有什么用？
现在的学生相对比较浮躁，他们关心的是学这门课程有没有直接作用，对以后找工作有没有用。同时硬件类课程相对都比较枯燥点、难学点，所以他们对这门基础课提不起兴趣，自然也难学好。
(2) 本科教学多个知识点之间存在鸿沟
现有计算机专业学习的课程主要包括“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“微机原理”、“微机接口技术”、“汇编语言”、“计算机系统结构”等，各门课程相互之间内容相对***，缺乏课程间的系统性和科学性，知识点分散***，学生很难将多层次的硬件和软件知识点融会贯通，也就无法从真正意义上掌握计算机组成原理。
(3) 课程内容组织需要改进
在传统的教学方法中，课程内容的组织一般采用从基本原理->零件->部件->整机->系统的教学思路。但是从实际教学效果来看，由于采用这种“自底向上”的方法，学生在学习前面局部知识的时候，缺乏整机系统概念，不能融会贯通，产生“教什么，学什么”而不知“为什么”的现象。学到整机、系统概念的时候，前面学的知识有遗忘和不能贯通的现象。
(4) 传统实验教学模式存在的问题
“计算机组成原理”课程实验一般采用的是现成的计算机模型实验系统，这类实验系统已将CPU的各个组成部件全部做好，学生按要求连线、拨动开关或编写微程序就能完成实验。该类系统对提高学生的动手能力、提高学生对计算机整体和各组成部分的理解、提高学生的计算机系统综合设计能力有很大帮助。但是在实验过程中，我们也发现这种实验方法局限性较大，器件的扩展相对困难，学生的设计难以突破实验箱的限制。有些学生对实验过程不求甚解，缺乏对实验的主动思考能力，仅关心尽快完成电路连接，对原理电路中功能和工作逻辑并不深究，只是按老师安排好的实验步骤完成实验，而对于步骤的原因及电路结构根本不假思索。这样做实验，根本无法真正做到理论与实际的结合，有时结果出来还不知道是怎么回事，也就很难培养出动手能力强、有创新能力的学生。
2改革方案
我们认为，在“计算机组成原理”课程中引入先进的数字系统设计方法EDA，可以在一定程度上解决上述难题。针对上面的问题，下面分别详述。
(1) EDA技术是电子设计领域的一场***，目前正处于高速发展阶段，广泛应用于多个重要领域。从目前就业市场反馈的信息看，计算机软件人才已经在一定程度上供大于求，而熟悉硬件设计的人才则供不应求，年薪也远远高于同等的软件人才。掌握这一先进技术在将来工作时更有竞争力，学习也就有了更切实际的目标。在EDA工具的帮助下，学习“计算机组成原理”课程也能在一定程度上摆脱枯燥难学的弱点，增加学生学习的兴趣，从而提高学习的效率和效果。
(2) 为解决这一问题，我们适当拓展“计算机组成原理与结构”课程内容，将该课程作为横跨数字电路课程和软件课程的桥梁，使学生从系统的角度能够对计算机的组成(包括软件和硬件及它们之间的配合)有清晰透彻的理解。例如，在中央处理器、存储系统、指令系统等章节中，讲解基本原理的同时增加采用EDA工具(如QuartusII或Max+plusII)设计过程，从数字电路与非门等基本逻辑电路开始，参考MIPS等指令格式，采用***形输入或硬件描述语言，搭建一个单周期“玩具CPU”，使其支持加、减、转移等多种操作，然后设计自己的程序段，在该CPU上运行，验证运行的结果。很多学生对于这种用基本逻辑电路搭建“玩具CPU”相当感兴趣，也就能够较快地了解和掌握计算机组成的基本原理。
(3) 针对课程的要求和特点，我们提出整体“自顶向下”，细节“自底向上”的教学组织方法。一开始就给出计算机系统的概述，然后讲述现代系统总线标准，通过系统总线连接了计算机的三大组成部分：设备与I/O技术、存储系统、中央处理器。这样可以让学生有非常直接、整体的把握，为接下去学习掌握每一个部分的组成原理奠定基础、把握总体方向。以中央处理器为例，中央处理器通过CPU内部总线，连接了寄存器、控制器和运算器，在讲述具体的运算方法与运算器的时候，涉及到具体细节知识点的时候，我们还是采用传统的“自底向上”的教学组织方法，因为在涉及到具体原理的时候，必须遵循“循序渐进”的方法，不然没有足够的基础知识，学生无法理解与掌握。例如，如果没有数据表示与运算方法的基础，学生不可能理解定点ALU与浮点运算的原理与结构。
(4) 传统的实验箱方法局限性相对较大，器件的扩展相对困难，学生的设计难以突破实验箱的限制。我们将基于EDA的实验技术适当引入“计算机组成原理”实验教学，改变传统计算机组成原理实验“芯片+连线”的做法，投入较少，效率较高。大规模可编程逻辑器件(如FPGA)使得硬件的功能也可通过编程实现，学生可以从简单到复杂，创新自主地设计实现实验内容，改变以往实验仅仅进行部件工作原理验证的模式。我们将设计实现“玩具CPU”各组成部分作为学生实验或短学期实践的内容，利用EDA软件的辅助，从基本逻辑电路的设计出发，进而开发较复杂的数字电路，增加学生学习的兴趣，培养学生的创新能力，提高计算机系统性能的技术和方法，掌握计算机系统设计软、硬件取舍的原则，加深对计算机组织结构的理解。
3基于EDA设计单周期CPU
下面通过设计一个具有三条单周期指令(MOV, ADD, JMP)的“玩具CPU”过程来演示采用EDA设计的过程。
(1) 设计指令。作为演示，指令集只有三条，格式如***1所示。
***1 指令格式
(2)根据指令格式，我们在Quartus II EDA软件辅助下，设计能执行上述三条指令的CPU，逻辑设计如***2所示。
***2 逻辑电路***
(3) 在该CPU的指令存储器中设置以下的程序：
0: 0100010000010(0882h);mov 00010, 000010
1: 0000001000101(0045h);add00001, 00010
2: 1000000001000(1008h);jmp 00000001
这是一段死循环的程序，每执行一次循环，寄存器00001的值加2。通过Quartus II软件模拟运行，pc为当前指令地址，ins为当前指令，观察Res的值，其值依次为2,4,6,8,10…，结果正确。时序***见***3。
***3 时序***
从以上简单的例子可以看到，在EDA软件的辅助下，可以从指令设计开始，非常容易的设计出自己的CPU，并验证正确性。如果在教学过程中，溶入EDA设计过程，将使学生对CPU的组成及工作原理有非常透彻的理解和领悟，同时也巩固了逻辑电路的相关知识。这将对大面积地提高教学质量，增强学生学习兴趣，培养学生的科学素质和钻研能力等都有积极的作用。
参考文献
[1] 白中英. 计算机组成原理[M]. 北京:科学出版社,2000.
组成原理课程设计总结例6
一、微课程及翻转课堂
（一）微课程
微课程是以视频为主要载体，通过对教师在课程的课堂教学和课外实践教学中围绕某一个知识点进行的精彩的教学活动进行记录形成的课程教学资源。
（二）翻转课堂
翻转课堂是指课程教师以互联网以及信息技术为基础，通过课前学生预习，课中观看和学习学视频等学习资源，师生互动交流实现知识传授、知识内化的颠倒安排。翻转课堂的最大优势及成功之处在于它是以微课的微视频为载体，采用全新的教学理念和教学方式，充分体现教师主导型和学生主体性。
二、当前中央广播电视大学开放教育课程教学模式现状
目前，广播电视大学本科计算机科学与技术专业《计算机组成原理》的课程开设中，主要涉及到的教学媒体包括文字教材、录像教材、流媒体（IP）课件、网上辅导、形考作业、网络课程。为充分保证计算机科学与技术专业《计算机组成原理》课程教学成效和学生的自主学习成效，我校充分运用互联网的优势，整合多种教学媒体，形成了具备本校特色的《计算机组成原理》网络课程。具体分为如下环节：
①自学。课前阅读《计算机组成原理》课程大纲，把握课程应掌握的重点和难点，了解课程教学大纲以及课程考核等。对《计算机组成原理（本科）》等文字教材进行预读，预先熟悉章节内容，思考，并对存在的疑问进行总结，集中在课堂上解疑。
②观看课程视频。带着问题仔细观看课程《计算机组成原理（本科）》的录像，结合录像讲解释疑，对仍存疑问的地方，集中在课堂上与学生交流、咨询老师。
③流媒体（IP）课件网上辅导。学生通过中央电大电大***课程学习平台提供的流媒体（IP）课件结合课程视频以及课前自学进行课程内容的学习，并利用该平台提供的网上辅导功能与教师针对存在疑问的地方进行集中辅导答疑。
④形考作业。广播电视大学学生通过中央电大电大***课程学习平台，完成《计算机组成原理形成性考核作业册》涉及的作业，实现学生阶段性学习成效进行形成性考核。
⑤复习资料。学生期末依据《计算机组成原理期末复习指导》进行课程的复习，巩固日常学习成果，认真复习章节练习、形考作业，对学习中存在的问题进行集中的咨询，并利用网络课程模拟测试栏目***测试，确定自己的掌握情况，查漏补缺。
⑥考试环节。考试主要采用形成性考核和终结性考试二者相集合的方式进行课程考核。
目前，广播电视大学已形成了中央到基层的三级面授辅导与网上学习制度，形成了混合式的课程形态。
三、微课程下的翻转教学模式案例研究――以《计算机组成原理》为例
《计算机组成原理》是计算机网络、计算机系统结果以及操作系统等相关课程之间有机衔接的重要课程。微课程理念下构建基于微课程理念的《计算机组成原理》翻转教学模式应从如下几个环节入手：
（一）加强微课程资源的设计与开发
微课程资源是《计算机组成原理》课程翻转教学模式得以顺利开展的基础保证。为此，应加强广播电视大学微课程资源库建设，构建具备广播电视大学特色的微课程资源库。一方面，可以引进同类院校在微课程资源建设方面取得的优秀成果，与本校课程实际紧密结合，形成满足专业需求的微课程资源体系；另一方面，微课程资源的设计与制作，不必拘泥于视频，可以将文本、***形、音频、视频、动画等多种媒体形式进行展示。例如，一些学校在教学中，将流媒体课程资源作为一种有效地教学辅助手段，通过以实时、非实时压缩处理制作整合以“流”的形式实时地在互联网上播放。学生可以不受时间和地点的限制，即时进行点播和***，从而成为了学生进行自主学习的一种重要资源。
（二）引导学生课前借助微课程自主学习
课堂教学前，教师与学生应分别做好两点，具体如下：
第一，教师应结合《计算机组成原理》教学大纲，梳理该课程中学生应掌握的重点知识点，并结合课程教学重点和教学难点，制作微课程，通过教师间交流与讨论确定最终版本后到微课程平台上，供学生进行自主学习。
第二，学生要仔细阅读文字教材、观看电大责任教师录制的微课程资源，理解和掌握该课程的基本内容。学生可以通过微课程资源库和中央电大电大***课程学习平台，对《计算机组成原理》课程的教学内容、重点以及难点进行自主学习，并养成勤思考，勤记录的习惯，将自主学习过程中遇到的问题进行汇总，在集中课堂中咨询教师。
（三）合理组织和安排课堂师生互动
课堂教学中，教师应合理组织和安排教学活动，坚持集中指导和因材施教相结合。应从教师和学生两方面入手：
首先，学生方面。学生通过课前自主学习《计算机组成原理》，明确学习过程中的疑问，针对疑问通过课堂教师面授释疑，也可以通过与同学进行讨论与交流来获得问题的答案，实现个别化学习与协作学习的有机结合。其中，应充分发挥小组作用进行协作学习，通过协作学习创造良好学习氛围，将课堂转变交流学习和探讨疑问的场所。
其次，教师方面。依据《计算机组成原理》课程要求和课程进度安排，做好学生的统一面授教学。同时，在学员自学的基础上，由课程辅导教师进行有针对性的面授辅导，解决学习中存在的较为普遍的疑难问题。统一面授的所占学时应适当控制，将更多的学时安排在学生对学生的集中辅导和个别辅导上。此外，应做好课堂中学生分组学习和讨论的组织安排，充分发、挥教师的组织者角色，引导学生发挥主体性作用进行自主学习。
（四）注重课程的形成性考核
《计算机组成原理》课程教学应注重形成性评价。形成性评价的开展，也应分学生和教师两个方面进行。
首先，从学生方面，在完成课堂教学后，学生通过利用微课程进行巩固性学习，并对《计算机组成原理》所学内容进行阶段性总结。
第二，从教师方面，应对学生完成的课程作业进行批阅和反馈，并总结学生学习课程的掌握情况，分析学生在学习中存在的不足，并给予学生针对性的反馈，对课程教学内容和教学方式进反思，制定下一步的教学计划。
总之，构建基于微课程理念构建翻转课堂教学模式已成为广播电视大学《计算机组成原理》课程的重要任务之一，这不仅关系着学生学习质量的提升，更关系着该课程教学质量的提升。
组成原理课程设计总结例7
计算机及其相关专业的学生在学习过程中，除了要对理论知识加以了解，更重要的是要提升自己的动手能力。计算机组成与结构实验教学，就是计算机专业学生的必修课，通过课程设计把理论知识运用到实践中，可以起到拓展知识的作用。
一、EDA技术概述
EDA也就是电子设计自动化，EDA技术的发展经历了计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助测试以及计算机辅助工程。EDA技术的工具就是计算机，在EDA软件平台上，设计者常常用硬件描述语言HDL来完成具体的课程设计文件，然后再在计算机平台上自动完成逻辑编译、分割、优化、布局、仿真等多个步骤。
EDA技术最大的优势在于用软件的方法来实现硬件的实际功效。一项设计最重要的部分是仿真和调试，采用EDA技术进行设计时，从设计的高层次上对设计进行全局纵览，有助于早期改造结构设计上的毛病，避免工作量的增加，也可以减少进行逻辑功效仿真的工作量，增加设计的成功率。
二、将EDA技术应用于计算机组成与结构课程设计
计算机是一个典型的复杂数字系统，如果在计算机设计系统开发中加入EDA技术的软硬件设计平台，不仅可以提高系统设计与调试的敛率，也可以节约硬件开发成本，缩短设计周期。因此在计算机组成与结构的实践教学中，要不断提高学生利用现代化的电子技术手段进行设计的能力。当然，EDA技术将成为计算机组成与结构实验教学的发展方向。
（一）课程的实施方案
课程设计是要完成模型计算机的设计以及FPGA的实现，而课程实验则是用来验证计算机的各个组成部件以及其具体的逻辑功能的。这两种课程内容都是为了让学生能够掌握计算机的硬件系统中各个部件的具体组成原理、逻辑实现方法及其具体的设计方法，从而建立一种整体的概念，提高学生在学习过程中进行***分析设计的能力。计算机组成与结构的课程设计中运用了多门课程，比如计算机组成原理、VHDL、汇编语言程序设计等，这些课程都能对学生的自学能力有很好的提高。因为该课程设计不仅在理论上要求学生有扎实的理论基础，在实践上则要求学生具有电路分析与设计、能进行完整实验的能力。
（二）课程设计的内容
计算机组成与结构实验教学中，进行课程设计的内容主要有以下几个方面。首先是进行系统的总体设计，画出模型机的数据通路框***；其次是设计微程序控制器或者硬联线控制器的逻辑结构框***；开始设计机器指令格式和指令系统；由给出的课程题目和设计指令系统来编写相应的汇编语言，进行仿真等。
三、将EDA技术应用于计算机组成与结构课程实验
进行课程设计之后就可以进行具体的课程实践。在进行课程实践之前，要掌握具体的设计方法。计算机的CPU包含基本的功能模块以及与基本功能模块相连的数据通路。在进行课程设计实践时要掌握基本功能模块的具体功能以及各自的特点，再对每个模块进行设计、调试、软件仿真和硬件设计等。计算机组成与结构课程设计实验中采用的CPU采用大多是单总线系统结构的16位CISC CPU，EDA软件大多是可编程逻辑器件设计工具软件。
（一）基本模犁计算机的设计
在具体的课程设计中，为了保证清晰的系统结构，一般在系统的顶层结构采用原理***输入法，而在其他的模块都采用VHDL语言进行设计。对各个模块进行处理时要在文本编辑器中输入每一个单元模块所对应的VHDL源程序，并且要对各个源程序进行编译，可以产生相应的***元，供顶层的电路调用使用。各个模块的***元可以生成***元库，运用EDA技术进行实验课程，很重要的一步就是要进行软件仿真，而仿真的元器件就来源于***元库。在***形编辑器中可以对***元库中的各种***元进行调用，再根据数据通路的总体框架***连接成顶层电路***，就可以进行电路的仿真。计算机组成与结构实验所设计的CISC模型机的顶层电路***中有很多基本器件模块，比如时序信号发生器、程序计数器、算术逻辑运算单元、移位寄存器、指令寄存器、比较器、地址寄存器、一个控制单元等。而这些模块也共用一组16位的三态数据总线。
系统结构中的存储模块是一个重要的组成部分，存储元件由嵌入式阵列块构成，通过调用宏模块并设置模块相关的参数来实现存储功能。系统的各个部分都承担了不同的功能，其中，存储CPU主要是对指令和数据进行执行，具体的过程是处理器从存储元件中读取相应的指令，CPU再执行指令来运行下行的各种程序，整个过程中的指令都被存储在指令寄存器中。译码过程由控制单元完成，控制单元主要是控制相应的信号进行相互作用，并且控制各个处理单元来执行这些指令。
系统结构中的控制模块其实是一个状态机，它主要控制CPU的各项动作之间的顺序，比如取指令、译码、执行指令，控制模块进行操作时要针对各个动作发出具体的时序控制信号，使得计算机内部的各个动作都能进行协调的工作，进而完成各个指令的具体功能。这种方法与微程序设计方法不同，微程序设计法主要在控制存储器中写入微指令，通过控制微程序来执行具体的控制指令。
（二）软件设计
当系统CPU得到一个复位信号后，系统即开始进行复制操作，复位信号是使CPU内部状态复位的一个信号操作。一般说来，系统的每个寄存器都有不同的功能，寄存器1主要存放模块的的起始地址，寄存器2主要存放系统目标区的起始地址，而寄存器6则主要存放被复制模块的末地址。在具体的操作过程中要判断数据模块的复制工作是否已经结束，若已经满足结束条件则可以停止运行，否则要继续记数直至数据模块复制完成。
将设计的程序输入并且进行编译之后，还有一个重要的步骤就是仿真，仿真也是对设计进行验证的一个重要步骤，若在仿真中发现不符合要求的地方，则要及时找出原因进行改正，以保证最终结果的正确性。
结语
计算机组成与结构课程是锻炼学生积极思考以及提升其思维能力的重要课程，不同的设计对象和内容导致设计的具体内容完全不同，这也考验了学生***思考的能力，由于EDA技术与计算机输入技术、逻辑编程和仿真等方面都有紧密的联系，而且在硬件实验之后有具体的***像可以进行对比，因此在实验教学中具有很好的灵活性和可操作性。也能提高学生进行软件开发的能力，可以达到课程设计的效果。
参考文献
组成原理课程设计总结例8
摘要：针对单片机实训体系存在的理论与实践脱节、缺乏工程应用能力培养等问题，本文介绍了相关的改革情况。采用项目化模式组织理论教学和工程开发模式组织实践教学，将理论教学与实践教学紧密结合起来；改革单片机课程设计模式，增加课题宣讲、系统验收答辩等环节，促进学生动手能力及自主学习能力的培养；组建单片机兴趣小组及与大学生创新性实验的结合，促进课内外单片机学习的良性互动。实践证明，单片机实训体系的多层次多模块改革，提高了学生的应用能力及综合素质，改革经验具有一定的推广价值。
关键词 ：单片机实训课程；教学改革；应用型人才
中***分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2015）02-0060-04
作者简介：谢辉（1969—），女，硕士，重庆三峡学院教授，研究方向为工业测控系统的教学和研究。
基金项目：重庆市教委教改项目“单片机课程‘项目导向型’教学模式的研究与实践”（项目编号：113013）；重庆三峡学院教改项目“应用本科单片机课程实训体系的教学改革”（项目编号：JG120668）
一、现代工程对应用型人才的要求及现行教学模式的不足
现代工程对应用型人才的工程素质与实践能力的要求不断提高。工程素质是一个技术人员创新意识、团队意识及知识技能等的内化表现，实践能力则体现为一个技术人员分析问题、解决问题的外在执行力，二者相辅相成，是应用型人才培养的重要指标。高等院校工程教育是培养造就合格工程师的主渠道，需要每门专业课程理论与实践的有机联动，特别是实训课程的系统化培养。
单片机是现代测控的核心。“单片机原理及应用”是电子、机电等专业的一门重要的专业基础课，同时也是一门软硬件技术结合紧密、理论性与实践性强的课程。特别是单片机实训课程，是对学生进行专业的技能训练，巩固和加强所学理论知识，培养学生动手能力和工程素质的重要环节，与单片机理论课程具有同样重要的地位。
“单片机原理及应用”课程在我院开设多年，虽实践教学经验较丰富，但单片机实训课程体系还存在着很多问题，主要体现在以下几个方面：
第一，单片机实训课程与理论教学结合不够紧密。目前的单片机课程教学仍主要注重理论知识的传授，课堂教学以单元章节划分知识体系，课内实训以验证性实验为主，学生无法将理论知识与实训有机地结合起来。到了课程设计阶段，学生很难对实训课题有一个整体性的认识，不知道软硬件如何分工，如何开展模块化程序的编写。许多时候课程设计变成了教师做课题，学生只能做简单的电路焊接、程序录入等工作，没有达到培养学生应用能力的效果。
第二，实训课题与生产实际结合不够紧密。课程设计是学习单片机系统设计与开发的综合过程的重要环节，实训项目应该与生产实际紧密联系。但目前绝大多数的实训项目都主要停留在理论分析、绘制原理***、编写程序及电路板焊接等方面，对单片机系统在生产实际中可能遇到的重要问题如故障排查、系统优化、抗干扰、性价比等很少涉及。
第三，对学生实践能力与创新精神的培养不足。工科的学生最重要的专业素质就是实践能力与创新精神。单片机课程实训涉及电子、传感、程序设计及系统集成等多方面的知识，是培养学生专业素质优质的载体。但由于现行课程体系的条块分割，课程实训没有与课外实践及相关课程知识进行有机衔接。为保证课程设计在规定的学时内完成，实训项目往往省略了文献资料查阅、设计方案论证、任务分解及答辩等诸多步骤，直接给出一个可以完成的任务。这样，学生的实践能力很难有实质性的提高。
总体来说，现行单片机实训课程任务较单一、考核不够全面，对学生应用能力的培养还停留在较低的层面上。为促进学生实践动手能力的培养及工程素质的提高，单片机实训课程改革十分必要。
二、单片机实训课程体系的改革
单片机课程实训体系的改革，最重要的是通过理论课程学习及实践项目训练，使学生能站在工程应用的角度，更深入地理解单片机的理论知识，掌握单片机系统的开发流程，提高分析问题解决问题的能力，最根本的目的是培养良好的职业应用能力。为此，实训课程的改革主要做了如下几个方面的工作。
（一）项目化教学模式的构建
打破传统的理论教学与实践教学相分离的教学模式，将单片机课程规划为基础知识、单元技能及综合能力三个层次，采用项目化教学模式组织理论与实践教学。
根据电子信息应用本科的人才培养定位将课程内容进行优化重组，精心编选了6个非常贴近实际的工程项目，编写出版了相应的单片机项目化教材。每个项目就是一个相对***的单片机应用系统，包含单片机的一个或若干个知识模块，从实现实用性、能力化的教学目标；每个模块又由一个或多个任务组成，将单片机应用技术的知识点、能力点加以整合和重组，贯穿在以职业能力培养为核心的工程项目中。
课程教学按照工程项目开发的模式，即“项目提出模块分解任务完成项目总结”的流程进行。如“单片机最小系统”项目是让学生理解单片机内部结构和最小系统的的简单应用，又将其划分为“51单片机初步认识”、“最小系统构成”、“流水灯控制器“、“简单程序设计”等几个主要任务，每一个任务就是一个或几个项目知能体系指标的具体体现。通过实物演示、多媒体授课及实验室任务程序的调试运行，将单片机理论教学与实验教学紧密结合。在每个任务的完成过程中，还有意识地通过实验思考题的形式引导学生进一步探索。如“彩灯控制器”，除常见的流水、追逐、跳跃等基本控制效果外，还引导学生思考多重跳跃、旋转及不规则闪亮效果，进一步思考更多LED组成点阵的控制方法，更深一层地思考I/O口不够用时的接口扩展问题及延时时间的控制问题；鼓励学生通过钻研教材及课余查阅资料提出想法，并将想法变成可行的系统设计框***；对一些技术难点留到课程设计阶段进行论证与解决。
（二）工程实践型课程设计的开展
课程设计是工科专业培养应用型人才的重要手段，也是单片机实训体系改革的重要环节，其主旨就是加强实训课题与工程实践的紧密联系，真正培养学生具备单片机系统设计开发的基础能力。课程设计改革主要做了课题论证宣讲、过程指导改革、规范设计报告及答辩验收等几个方面的工作。
1.实训课题论证与方案宣讲
课题论证是工程项目开发的一个重要环节，方案的优劣直接关系到后续开发难度、售后维护及产品性价比。在前期项目化教学的同时就有意识地引导学生开展横向与纵向的知识扩展，为课程设计做准备。如“数字电压表设计”横向的知识扩展包括不同种类A/D转换器的选择、显示器及键盘设计方案的比较，纵向的知识扩展包扩电压表量程的切换、电压表到万用表的转换，其他非电量，如温度、流量、湿度、压力的检测，从单机仪表到组网仪表的扩展等。在学生具备一定理论知识水平与实践能力的基础上，教师提出课程设计的要求，并给出相应的实训指导书，鼓励学生开始项目化小组筹备，寻找感兴趣的课题。教师指导学生到专业网站查阅资料、***模块。必要的时候，还可以思考题的形式让学生写一份相应的文献综述。
课程设计阶段的第一个任务就是实训课题方案论证，要求以小组为单位充分讨论，进行一次公开的课题论证宣讲。宣讲内容主要包括设计方案选择、设计框***、系统原理说明、拟达到的技术指标及及拟解决的关键问题等。教师会在此过程中检查学生的前期准备工作，包括相应芯片数据手册、设计参考范例等，指出设计方案的优点及不足，对可能遇到的设计问题给出参考意见，要求针对方案宣讲中发现的问题再修改整理。如常做的“温度控制系统设计”，要求每个课题组明确控制背景、控制精度，进而选择合适的温度传感器与A/D转换器，鼓励学生选择性价比高的芯片，如内置A/D转换器的单片机，串行总线传输的小尺寸贴片封装的芯片，或一体化的数字温度传感器等，提示学生注意温度是大惯性控制量，需要一定的算法处理以提高控制精度。通过课题论证宣讲过程的训练，可让学生切实感受到工程项目开发的严肃性及系统性，意识到前期准备及系统规划的重要性，从而更全面深入地思考与解决问题。
2.项目化小组的开发过程训练
课程设计以贴近实际的项目化小组的方式开展。根据课题工作量的大小及各自的兴趣爱好，3~4人组成一个项目小组进行系统设计，包括硬件原理***设计、控制程序编写及调试、系统仿真验证及实物制作等。项目小组的形式既能发挥不同学生的能力优势，又有利于锻炼学生的团结协作及产品竞争意识。课程设计强调系统的整合及实践能力的培养，如管理程序编写、系统调试、故障排查、性能优化等，使其更贴近工程实践的开发过程。整个课程设计过程给予学生充分的自主学习与实践探索的机会，从而最大限度地调动学生的学习积极性，教师主要起到启发、把关和解决一些棘手问题的作用。对学生解决不了的难题，教师提出自己的观点和看法，必要时指导学生进行软硬件调试，观察实验现象，从而引导学生向正确的方向发展。如所做的“16×64点阵控制屏”，最先驱动方式是采用串行移位寄存器控制。当做16×16点阵实验时，一切正常，但扩展到16×64点阵，进行字幕左右移动时，会出现重影，通过教师指导及实验验证，确定是串行驱动方式带来的问题，改为并行驱动方式后，很好地解决了该问题。
3.规范设计报告及验收答辩
课程设计后期主要完成设计报告写作及实物验收和答辩。通过这些手段促进学生更全面深入地掌握项目开发各方面的技能。
（1）设计报告写作。进行设计报告写作培训，指导学生从课题任务、设计方案论证、设计内容、硬件及软件工作原理、系统调试、仿真及实物展示等几个方面进行阐述，并要求做实训总结，最后的附录按照规范格式附上完整的硬件原理***、元器件清单表、程序清单及实物照片，成为一份有价值的技术文档。通过培训，学生课程设计报告整体质量较好，报告言之有物、条理清晰、结构合理、描述完整，杜绝了原来抄袭芯片手册，缺乏实质内容的假大空形式。
（2）验收和答辩。原来的课程设计没有验收答辩这个环节，不利于学生总结反思项目经验。程设计引入验收答辩机制，检查学生是否认真完成课程设计及对专业知识的掌握和运用能力，也是确保考核评价真实公平的重要依据。验收主要从系统设计、功能演示、硬件质量及软件功能等几个方面进行考核，并进行作品之间难度的对比与竞争。答辩以小组为单位进行，要求以PPT形式展示课题所做主要工作，每个组员都要回答指导教师的1至2个问题。验收答辩促进学生对系统设计相关原理进行更深入地理解并总结反思项目经验，从而从考核层面督促学生更好地学习。课程设计的改革实现了从以前重结论重报告到重过程重能力的转变。
（三）实训过程的考核改革
考核方式改革是实训体系改革的重要方面。以往的实训课程考核形式相对单一，主要以实训产品及设计报告为考核对象，没有细致地考核实训过程及团队成员知识水平的真实情况。改革的重要理念是重视创新思维与实践能力的培养，采用形成性考核与终结性考核相结合，以能力考核为主的方式进行实训成绩的评定。考核内容主要由“综合能力考核”（30%）、“实训过程考核”（40%）及“总结与答辩”（30%）三部分组成。“综合能力考核”主要包括文献查阅、设计方案论证及课程设计报告等部分，重点考核学生对单片机理论知识及应用能力。“实训过程考核”主要考察学生实训过程的软硬件设计、编程及仿真、实验仪器设备的使用熟练程度、系统的查错与纠正等多方面的实践能力。“总结与答辩”也是实训考核的重要环节。通过课题总结，让学生明白系统设计性价比的重要性，实验室方案与工程实用方案的区别，课题存在的不足与可能的改进措施；验收答辩可以让学生对课题做全面的总结反思，端正学习态度、重视实践过程，重视知识点的细节学习。单片机课程考核方式的改革可以从根本上杜绝“高分低能”现象的发生，是促进学生创新思维和应用能力提高的重要手段。
（四）课外科技实践活动的有机结合
一些综合性的项目开发仅靠课内实验实训环节的训练是远远不够的，将课内实训与大学生课外科技实践活动及电子竞赛等环节有机结合，是培养专业技能、提高综合素质的一个重要途径。
组织成立单片机兴趣小组，建立QQ交流群，将一些优秀的单片机教程、设计范例、芯片手册及常用的单片机开发***等资料上传到群里共享。每个同学的电脑上都安装了Keil和Proteus软件，相当于建立了一个虚拟实验室。学生可以选择感兴趣的课题进行开发验证，对课程实训过程中的一些技术问题在群里相互讨论并进行进一步的完善，教师也会针对一些难点问题***答疑。对一些基础较好、能力较强的学生，推荐他们进入创新实验室进行更进一步的学习。
创新实验室是学生进行课余科技实践活动的平台，配备了完善的电子仪器、单片机开发装置及刻版机等设备。学生可以选择实训过程中一些难点课题或综合性较强的课题再进行研究，也可以结合大学生创新实验课题及大学生电子竞赛课题进行研究，甚至可以承担教师主持的研究课题中的一部分内容开展工作。学生在教师指导和高年级学长带领下，***进行系统设计、编程调试、仿真验证、电路刻版直至实物完成，最后写出课题报告。实验室还要经常召开讲座，介绍一些新型单片机及先进设计方法，并进行设计作品的讲评。通过这些多模块、多层次的课外科研训练与实践训练，学生能够将单片机及其他相关学科知识融会贯通，具有一定的单片机系统综合开发经验，为今后从事相关工作打下了良好基础。
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组成原理课程设计总结例9
中***分类号：G642 文献标识码：B
1 引言
计算机组成与汇编语言课程包括两部分内容：计算机组成原理与汇编语言程序设计。计算机组成原理课程是硬件设计的基础，而汇编语言程序设计是进行硬件设计所使用的开发语言，二者在计算机专业课程体系中都是十分重要的课程。由于我校计算机专业的人才培养方案的定位是培养软件人才，因此硬件课程相对薄弱。针对目前学生在专业课的学习上“重软件，轻硬件”的思想，怎样使学生能够喜欢上这门课的学习是任课教师应该研究和进行教学改革应该探讨的问题。
2 教学过程中存在的问题
(1)课程本身的特点造成学习困难
计算机组成与汇编语言是一门非常抽象的课程，学生在日常生活中很少接触到利用汇编语言编写的程序，也很少对一台计算机进行硬件设计，对于课程中所讲授的内容，例如寻址方式、芯片内部结构、汇编语言语句等，看不见摸不着，难以理解，很容易感到枯燥、厌烦，从而产生厌学情绪，导致学习困难。
(2)传统教学模式不利于调动学生学习的主动性
采用传统的教学模式(课堂教授为主、作业和实验为辅)，学生往往是被动接受知识，容易养成依赖教师的心理，另外大部分学生对硬件课程不感兴趣，不能发挥学生学习的主动性和积极性。
3 激发学生的学习兴趣
(1)与后续课相联系
教师要告知学生，计算机组成与汇编语言是某些专业课的先修课，如操作系统、计算机接口技术、单片机原理等，学好本课程对学习后面专业课的帮助很大。
(2)与就业相联系
教师要告知学生汇编语言是进行硬件设计的开发语言，有些芯片设计公司还在使用汇编语言进行编程，从而激发学生学习这门课的热情。
(3)与热点问题相联系
教师在授课过程中利用适当的机会就本课程与社会热点问题相联系，有助于引导学生牢固树立为探求技术发展而努力学习的信心和决心。
4 教学内容的改革
(1)合理安排教学内容
在教学内容的安排上，一定要抓重点内容进行讲解。例如模型机的指令流程是重点也是难点，对于这部分内容就要详细讲解，直到学生完全理解。再如，因为计算机组成原理与汇编语言合成一门课程，汇编语言是在微机80×86机型上进行编程的，所以在讲解寻址方式时重点讲解80×86机型的寻址方式。
(2)加强实验课的练习
该课程的实验只有利用汇编语言进行程序设计的实验，而缺少计算机组成原理的实验。鉴于这种情况，为了使学生更好地理解计算机的组成原理，设想构建一个计算机组成原理实验系统，进行仿真实验。教师应该精心选取一些实验放在教学系统上，要求学生在网上做实验，通过这些实验加深对课堂内容的理解。
汇编语言程序设计是一门实践性很强的课程，既要掌握概念，又要动手编程，还要上机调试运行，因此培养学生的实际动手能力尤为重要。在实验课的教学过程中应该做到：
①教师应为每次上机精心设计实验内容，在实验内容的设置上应顾全验证性、综合性和设计性实验的比例，尽量将所学的知识综合，达到系统化。
②将上机情况与期末成绩挂钩，调动学生的上机兴趣。
③在上机过程中，教师经常会发现有的学生在电脑前并不是编写程序，而是看上课的课件。问其原因，告知这部分内容还没有掌握，不会编写程序。针对这种情况，要求学生在课下先将算法的流程***画出来，写出完整的上机程序，在上实验课时只是进行调试，从而提高学生上实验课的效率。
(3)教材的选取
目前书店里有很多关于计算机组成原理与汇编语言程序设计的教材，但是将两门课程衔接在一起的教材比较少。对于计算机本科专业的学生来说，徐洁、俸远祯主编，电子工业出版社出版的《计算机组成原理与汇编语言程序设计》(第2版)是一本不错的教材。但是由于这是一本将两门课程组合在一起的教材，因此这两门课有的内容就不能在教材里完全体现出来，所以在上课时除了指定这本书作为教材外，还需要另外指定一些辅导教材。例如针对本专业没有开设计算机系统结构课程的情况，选择了王爱英的《计算机组成与结构》，汇编语言程序设计的参考书选择了沈美明、温冬婵编著的《IBM－PC汇编语言程序设计》(第2版)。因为计算机组成原理是某些高校考研的课程，所以对于将来要考研的同学，建议他们平时看一些计算机组成原理的习题书。
5 教学方法的改革
(1)采用互动式教学，提高学生的学习积极性
互动教学法可以使学生参与到教学过程中，活跃课堂气氛，激发学生学习的兴趣，提高学习质量。互动教学法的方式多样，例如课堂提问、课堂练习等。教师在上课过程中应该设计一些有意义的提问，利用提问将要讲的知识点引出来，避免平铺直叙地讲解知识点，这样让学生带着问题来学习知识点，会起到事半功倍的作用。例如在讲解计算机的5大硬件组成时，计算机是由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成。在此可以提出这样一个问题：你们知道平时人们说的主机是由哪些部件组成的吗?在提问的时候暗示他们想一下自己的电脑，有的同学马上就能反映出主机是由控制器、运算器和存储器组成。通过这样的学习方式，可以加深学生的印象。
课堂练习也是互动式教学一个非常重要的方法。在讲解完某一个例题后，出一道类似的习题让学生在课上完成，请学生上讲台在黑板上写出解题步骤并进行讲解，然后再请另一个学生上来对此进行讲评。这样可以检验学生的掌握情况，找到学生理解错误的地方，从而对症下药，就学生理解错误的知识点再进行讲解，除了能让学生当堂能够掌握所学的知识点，还能举一反三地理解知识点。
(2)在教学过程中多举例，便于学生理解相对抽象的内容
由于本课程基本概念多、专业术语多，是一门比较抽象的课程。因此教师在课堂讲授中应该尽量用一些通俗易懂的例子进行教学。
例如在讲解指令流水线的时候，为了便于学生理解，借助学生们日常生活中爱喝的饮料进行举例。将饮料的制作过程分为三步：生产瓶子、罐饮料、密闭，恰好与指令的执行过程：取指令、分析指令、执行指令相对应。为了提高饮料的生产速度，当第一瓶饮料进行到罐饮料的步骤时，开始生产第二瓶饮料的瓶子；当第一瓶饮料进行到密闭的步骤时，第二瓶饮料开始罐饮料而第三瓶饮料的瓶子开始生产。通过这个例子，使学生易于理解指令流水线的原理。
再如在讲解模型机的数据通路时，CPU与主存和外设之间的数据传送是通过三条系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)来实现的。传送地址信号的是地址总线；传送数据信号的是数据总线；传送控制信号的是控制总线。但是当CPU发送数据的地址到总线时，总是有学生将地址发送到数据总线上。为了学生更好地理解这个问题，特将三种总线与城市交通相联系进行讲解。三种总线就好比机动车道、非机动车道和人行道，自行车只能上非机动车道，人只能上人行道，汽车只能上机动车道。通过类比，将难理解的知识点与日常生活中的小事相联系，从而既使学生学到扎实的理论知识，又不会使学生学得吃力。
(3)寓教于乐，学生在游戏中轻松掌握知识
为了便于学生掌握抽象的内容，可以在课堂上做一些小游戏，通过游戏学生在玩乐中轻松掌握知识。
组成原理课程设计总结例10
中***分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)04-0924-02
Teaching Discussion of the Course of Principles of Computer Organization in the Specialty of Medicine and Information
YU Lei, WANG Zong-dian, YANG Song-tao, KAN Hong-xing, DU Chun-min
(Institute of Medicine and Information Technology, Anhui University of Traditional Chinese Medicine, Hefei 230031, China)
Abstract: Combined with the situation of high medical college, aimed at the characteristic of the specialty of medicine and information, the teaching experience of the course of principles of computer organization has been discussed and it has been elaborated in the aspects of the selection of teaching contents, the improvement of teaching method and the reform of teaching practice.
Key words: medicine and information; principles of computer organization; teaching reform
随着科学技术的发展,交叉性学科日益增多,医学信息学就是一门涵盖生物、计算机和医学的交叉性学科。随着计算机技术在医疗行业应用的日益广泛,目前国内很多医科类院校相继开设了医学信息类的相关专业。就我校安徽中医学院而言,相继开设了医药信息管理、医药软件开发和医药信息工程监理三个方向的本科专业。由于是培养医药信息的复合型人才,在课程的设置上,除了计算机专业的主干课程外,还有一些医药类及管理类课程,再加上三个方向的本科专业各有侧重点,所以医学信息类专业的课程设置不像工科院校计算机专业那样很深很细。但在我校的教学计划中,三个方向的专业均开设了《计算机组成原理》课程,是三个方向专业中均开设的唯一一门硬件类课。可见,搞好《计算机组成原理》课程教学,对于我校医学信息类专业整体教学质量的提高有着举足轻重的作用。下面,笔者结合本人的实际教学体会,就医科院校医学信息类专业这门课程的教学问题和大家作一下探讨。
1 联系医药背景阐述课程的重要性
目前,有不少学生对硬件类的课程不太重视,认为硬件类课程与他们将来的就业联系不太紧密,可有可无。在一些工科类院校中“重软件、轻硬件”的现象比较普遍,在医学信息类专业中尤为明显。作为该类课程的授课教师,在上课的整个过程中,就应该根据自己的经历告知此类课程的重要性:硬件知识与软件知识如同计算机学科知识的两条手,缺一不可,任何一样学不好,对将来的发展都会有影响。学习计算机,不光要知道“是什么”,还要知道“为什么”。对于医学信息类专业的学生,考虑到他们学习和将来就业的医学背景,特别要联系医药环境说一说:比如作为一个医学信息类专业的学生,将来除了要和医院信息系统HIS打交道外,可能还要接触一些医疗设备,而现在医院的很多检查设备如CT、B超实际上都是计算机,只不过与日常的PC机相比,就是输入设备换了一下。还有在一些沿海城市的医院,医生的处方一开过,护士拿的PDA(实际上就是计算机的一个输出终端)上就显示处方的详细信息,以便护士更好的服务病人。所以,要了解现代化的医疗设备,就必须学习一些计算机的硬件知识,掌握计算机的组成原理。这样比泛泛讲述学生的印象会更深刻。
2 教学内容的选择
就我校而言,医药信息管理、医药软件开发和医药信息工程监理三个方向的本科专业均开设《计算机组成原理》课程,但由于各专业的侧重点不一样,所以在授课的内容和深度上有着不小的区别。
2.1 医药软件开发专业
医药软件开发方向是挂靠在计算机科学与技术专业下,在我校开设的医学信息类的三个专业中,对《计算机组成原理》这门课程要求是最高的,属于专业必修课。
由于本专业的学生在学习这门课程时,已系统学习过《大学物理》、《模拟电子》、《数字电路》、《汇编语言程序设计》等硬件类基础课程,并且在后继课程中将继续学习《微型计算机原理及接口技术》、《计算机系统结构》等硬件类专业课程。而硬件类课程中有些教材上的内容是重复的,所以在上《计算机组成原理》这门课时,要与相关课程的教师沟通,对于前面课程中已系统讲述过和后继课程中将详细讲述的内容可以省略不讲或者一笔带过,而把有限的课时用在《计算机组成原理》这门课本身侧重的内容上。比如:在上第二章运算器时,对于“原码、反码和补码”就可以一笔带过,这部分知识在《汇编语言程序设计》中就已详细讲过;对于“基本逻辑元件”就可以不讲,这部分知识在《数字逻辑》中就已详细讲过;在上第三章存储器时,对于“存储器芯片的扩展”就可以省略不讲,因为在后继课程《微型计算机原理及接口技术》将会详细阐述;在上第四章指令系统时,对于“指令的格式和种类”以及“寻址方式”就省略不讲,这部分知识在《汇编语言程序设计》中就已详细讲过;在上第八章外部设备时,对于每种外设的原理就可以一笔带过,因为后面选修课程《多媒体技术》中会详细阐述。
2.2 医药信息管理方向专业和医药信息工程监理方向专业
医药信息管理方向专业和医药信息工程监理方向专业都是挂靠在信息管理和信息系统专业之下,《计算机组成原理》这门课程在这两个专业中都属专业限选课。在这两个专业中,侧重点与医药软件开发专业不太一样,其开设的计算机类课程主要是软件类的相关课程,而相关的硬件类基础课程没有开设或者要求很低。所以在授课过程中对于所涉及到的硬件基础知识都要讲述,如前面提到的医药软件开发方向专业所省略的内容,而对于一些难度较大的内容,如几种存储器的各自电路组成与结构、硬布线控制器的设计等,就可以不占用上课时间,让有兴趣的学生课下自学。这样,让学生在有限的课时中掌握计算机学科更多的硬件知识,以达到专业选修的目的。
3 教学方法的改进
3.1 运用类比方法帮助学生理解
《计算机组成原理》这门课涉及到的概念较多,非常抽象枯燥。运用类比方法,将难懂的概念和原理类比成他们可理解并接受的事件,然后再扩展成书本上的内容,这样教学效果非常好。
例如,在讲解“总线的仲裁部分”中的“链式查询”方式时,可类比成“学生在食堂排队等着吃午餐”这个情境。餐点是一样一样的出来,每次只能有一个同学吃到(只能有一个部件获得总线的控制权),谁吃到由老师判定(中央仲裁器判定总线的授权)。第一次出来一个包子,因为并不是所有的同学都喜欢吃包子,谁想吃就向老师提出申请(同一时刻,可能有几个部件向总线仲裁器提出总线请求)。在这种方式下,老师会将包子传递给离他最近的同学(链式仲裁优先级最高的部件离仲裁器最近)。如果这个同学刚才没有发出要吃包子的申请,就会传给他的下面同学,依次类推,直到传到刚才第一个发出吃包子请求的同学为止,那么他得到了吃包子的权利(离仲裁器最近的刚才发出请求的部件获得总线的控制权,某个部件只有在它前面所有的部件都没有提出申请的情况下才会获得总线控制权)。这样一来,学生在轻松快乐中就理解了这个原理。
类似的例子还有很多:在讲述“补码”时就可用钟表校准的方法来类比;在讲“总线”时用城市的道路来类比,在讲“CPU内部数据通路”时可用城市自来水管网进行类比[1]等等。这里就不再一一举例了。
3.2 充分利用多媒体课件
《计算机组成原理》课程中很多内容比较抽象、难以理解,如果采用单纯的板书讲述,教学难度很大。为此可充分的利用多媒体课件,将所讲述的内容通过动画并辅以文字解释的形式展现出来,以便学生的理解。如在讲解“指令的执行过程”时,首先将控制器各部分的组成及功能以***解的形式分步显示,然后再以分步动画的形式展示五条典型指令的执行过程,使学生对此内容有更加感性的认识,增强了学习效果。
4 实践环节的改革
在目前很多工科类院校中,《计算机组成原理》的实践环节分为课内实验和课程设计两部分,而由于医学信息类专业的要求不同和课时限制,我校目前仅开设课内实验部分。
首先,为使学生更直观、更全面的理解将要学习的知识,可在讲述该门课程正式内容之前(即在第二章之前)进行2到4个课时的计算机组装实验[2-3]。这个实验是让学生自己动手把计算机的硬件如CPU、内存、硬盘、光驱、主板等进行拆卸及组装,使学生在锻炼实际操作能力的同时也对目前PC 机的内部结构建立起初步的感性认识,为顺利进行后续教学做好铺垫。
接下来的是基于组成原理实验箱的验证性实验,以便学生及时的巩固所学的理论知识。但由于现在的组成原理实验箱元件都是集成好的,无须学生自己动手安装,只要按照原理***正确连线便可看到结果,所以学生对硬件系统组成的理解基本停留在原理***层面。为此,可对实践环节做些改进,引导学生根据原理***和实际使用的器件查阅其实际电气参数及封状等工程说明文档,并要求在实验箱中找出具体的芯片位置,说明实际的数据通路等[4]。这样,在一定程度上改善了医学信息类专业多数学生“偏软怕硬”的状况。
特别提出的是,针对医学信息类专业学生就业的医药背景,可让他们在学习完该课程后参观一下目前医院的几种主要的医疗设备,如CT、B 超等,并请相关医技人员讲一下各种设备的原理及操作方法,以使学生对这门课程的学习意义有更加深刻的认识,真正做到“理论联系实际”。这一点我校正在积极探索中。
参考文献:
[1] 黎慧,刘旭明.计算机组成原理课程教学探讨[J].信息技术,2007(15):85-86.
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