計算機組成原理課程體系的研究與探索

【摘要】“計算機組成原理”課程是一門實踐性較強的專業基礎課程，教學目的是掌握程序和數據在計算機中如何存儲，以及指令在計算機中的執行過程，并掌握計算機與外部設備之間的接口技術與原理，了解計算機外部設備的基本結構與工作原理，能夠用課程中所學到的知識，對計算機系統硬件進行初步設計、組裝和調試。本文分析了“計算機組成原理”課程性質、地位、作用及存在的問題，并結合高等教育特點及近幾年的教學實踐構建了其課程體系。

【關鍵詞】計算機組成原理 "課程體系 "構建

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）09-0247-02

一、課程建設中存在的問題

近年來，多數高等院校計算機科學與技術專業都以必修課的形式開設了“計算機組成原理”這門課程。雖然各院校講授的內容各不相同，但是他們對該課程的性質、地位、作用及重要性都有了一定的認識。由于“計算機組成原理”課程覆蓋的專業較多，因此各校在進行教學時在一些問題上還存在不同的認識，其中的有些問題還需要進一步探索。

二、課程的地位及作用

“計算機組成原理”是系統介紹了計算機組成與系統結構的基本原理、基本設計與實現方法。通過本課程的學習使學生對計算機的組成與系統結構有較全面的認識，使學生從理論和實踐上掌握計算機系統的設計與開發的方法，進而提高學生進行計算機應用系統設計開發的能力，培養學生的綜合素質。因此，“計算機組成原理”課程在計算機科學與技術專業及相關專業中具有舉足輕重的作用。

三、課程體系的構建

（一）課程概述

本課程主要從計算機的基本概念、基本組成結構分析著手，對計算機各個基本組成部件及控制單元的工作原理進行討論，分析計算機系統的一般特點，使學生掌握有關軟、硬件的基本知識，尤其是個基本組成部件有機連接構成整機系統的方法，為培養學生對計算機系統的分析、設計、開發和使用能力打下基礎。

（二）課程性質

適用專業類：高等院校計算機科學與技術及相關專業

授課時數：54學時

實踐時數：18學時

先修課程：數字邏輯、數據結構與算法、C++語言程序設計。

（三）課程內容

本課程對教學內容的要求分為3個層次，分別是：“掌握”、“理解”和“了解”。對于要求“掌握”和“理解”的內容，要做到概念清楚，原理明白，并具有分析和計算能力，有些內容還要求會應用。“掌握”比“理解”要求更高，有些知識必須熟記。對要求“了解”的內容應當知道基本概念和基本原理。“計算機組成原理”課程體系應由理論知識、實驗兩大部分組成。

1.理論知識

① 計算機系統概述 （4學時）。主要內容： 計算機系統軟硬件的組成與層次結構、 計算機系統的設計技術與評價標準、 計算機的發展和應用。

②計算機的邏輯部件 （6學時）。主要內容：布爾代數的基礎知識、 計算機中常用的組合邏輯電路、時序邏輯電路。

③數據表示、運算方法與運算部件 （10學時）。主要內容： 數字化信息編碼、 計算機中數據的表示、轉換和運算、 二進制乘法和除法運算、 浮點數的運算方法、 運算部件、 數據校驗碼。

④主存儲器 （6學時）。主要內容： 主存儲器概述、 讀/寫存儲器、 非易失性半導體存儲器。

⑤指令系統 （6學時）。主要內容： 指令格式與數據表示、 尋址方式、 指令類型與指令系統的兼容性、 RISC和CISC、 指令系統舉例。

⑥中央處理部件 （6學時）。主要內容： 計算機的硬件系統、 控制器的組成、 微程序控制的工作原理、 "流水線工作原理。

⑦存儲器系統 （6學時）。主要內容： 存儲器系統概述、 高速緩沖存儲器、 虛擬存儲器、 相聯存儲器和存儲保護。

⑧輸入輸出系統 （6學時）。主要內容： 輸入輸出系統概述、 程序中斷、 DMA輸入輸出方式、 通道控制方式、 總線結構、 外設接口。

⑨計算機系統結構 （4學時）。主要內容： 計算機系統概述、 多媒體計算機、超級流水線處理機和超長指令計算機、 計算機網絡簡述。

理論共54學時，3學分，成績比例70%。

2.實驗

通過做實驗讓學生加深對所學學科知識的理解和掌握，同時培養學生的動手能力和分析問題的能力，為后續課程的學習奠定基礎。具體內容如下：①運算器實驗（6學時）②存儲器實驗（4學時）③微程序控制器實驗（2學時）④模型機組成與指令執行實驗（4學時）⑤輸入輸出實驗（2學時）。

共18學時，1學分，30%。

（四）課程的重點和難點

重點：掌握計算機的各個組成部件的工作原理。

難點：指令的執行和存儲空間的擴充。

四、加強課程構建的具體設想及主要措施

（一）在教學環節中突出本課程的實踐環節

“計算機組成原理”是計算機科學與技術類專業的一門重要專業基礎課。本課程的學習將為學習“操作系統”、“微機原理”等后續課程和研制開發各種系統和應用軟件打下扎實的理論和實踐基礎，因此可以將“計算機組成原理”課程的知識結構結合相應的實踐環節來鞏固并加深所需的知識點的理解。在教學過程中，即注重學生基礎理論知識的掌握，也注重學生動手能力、設計能力的培養，使本課程在處理知識面的寬度和深度上，既滿足作為基礎課的要求又達能到課程突出實踐環節的特色。

（二）教學方法的整改策略

實驗教學分層次組織：以能力培養為宗旨，根據難度分為達到“實驗設置基本要求”和“實驗設置較高要求”的實驗。教師根據學生情況分層次組織實驗，既能掌握基礎性實驗，也能體驗有一定難度的實驗，使不同程度的學生都能從中受益，并提高學生的學習興趣。

（三）教學手段的改進

“計算機組成原理”充分地利用了學校網絡資源，將教學課件、教輔材料及習題集等資源上網，使學生方便地下載，了解本課程的教學安排、計劃和要求、考試題型及考核方式，便于學生課下的復習自學、鞏固知識點，并對學生課余主動學習提供了很大的方便。使用這樣先進的教學手段，既提高了教學質量，又取得了良好的教學效果。

五、結束語

該課程體系是在分析和研究部分高等院校“計算機組成原理”課程教學實踐基礎上構建的，但是由于多數院校開設“計算機組成原理”課程授課的學生層次和研究方向、專業特色的不同，教學內容、教學方法、教學手段、實驗環節等還處于探索階段。因此其科學性、合理性和實用性有待實踐的進一步檢驗和完善。

參考文獻：

[1]《計算機組成與體系結構》，王誠等編著，北京：清華大學出版社，2003;

[2]《計算機組成原理》（第二版），唐朔飛等編著，北京：高等教育出版社，2008。