計算機組成原理探討論文

計算機組成原理探討論文

　　為了提高計算機組成原理課程的教學(xué)水平，從計算機組成原理自身的特點以及在教學(xué)課程中存在的問題進行探討很有必要。下面是學(xué)習(xí)啦小編給大家推薦的計算機組成原理探討論文，希望大家喜歡!

　　計算機組成原理探討論文篇一

　　《“計算機組成原理”教學(xué)探討》

　　摘要：為了提高計算機組成原理課程的教學(xué)水平，從計算機組成原理自身的特點以及在教學(xué)課程中存在的問題進行了探討。分別從課程教材、課程本身、教師水平、教學(xué)方法、實驗室建設(shè)等方面提出了若干個課程改革建議。實踐證明這些建議對計算機組成原理的學(xué)習(xí)具有很好的促進作用。

　　關(guān)鍵詞：計算機組成原理;教學(xué)水平;教學(xué)方法;課程改革

　　作者簡介：向征，男，廣東廣州人，廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院，講師;余華芳，女，廣東廣州人，廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院，講師。

　　“計算機組成原理”是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)中的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計劃中占有重要的地位和作用。學(xué)好該課程對于提高學(xué)生的理論認(rèn)識水平和實踐能力將起到極為重要的作用，因此該課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握計算機硬件各子系統(tǒng)的組成原理及實現(xiàn)技術(shù)，建立計算機系統(tǒng)的整體概念，對培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計開發(fā)計算機系統(tǒng)的能力有重要作用。該課程為今后學(xué)習(xí)計算機體系結(jié)構(gòu)、計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機容錯技術(shù)、計算機并行處理、計算機分布式處理技術(shù)等課程打好基礎(chǔ)。

　　對于該類課程，各高等院校都從自身條件與角度給出了該類課程的教學(xué)改革或教學(xué)方法。清華大學(xué)提出了自己的建設(shè)目標(biāo)和步驟，按照研究型大學(xué)的教學(xué)理念進一步向研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)化，全面深入地開展教學(xué)改革，將本課程建設(shè)成教學(xué)特色突出、教學(xué)效果優(yōu)良、在全國有較強輻射作用的精品課，進一步增強和完善研究型教學(xué)的成效，力爭使學(xué)生可以掌握本課程的主要專業(yè)知識，具備設(shè)計簡單可用的計算機系統(tǒng)的工作能力，培養(yǎng)良好的團隊精神和高度責(zé)任心，成為具有開創(chuàng)意識和一定創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。[1]

　　廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院是個年輕的學(xué)院，在建院伊始，為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了計算機組成原理的課程，但上課效果一直不是很好。一方面是教師自身水平的問題，一方面是教學(xué)輔助材料的問題，當(dāng)然還有其他問題。為了進一步改進教學(xué)質(zhì)量，有效培育學(xué)生，有必要對該課程的教學(xué)進行探討。

　　一、“計算機組成原理”的課程特點

　　“計算機組成原理”是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，其重要性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)識。但怎樣才能取得良好的教學(xué)效果，這一問題是每一個任課教師不得不面對的問題。要想破解該問題，必須首先全面把握該課程的特點。[2]經(jīng)過長時間的研究與教學(xué)實踐，筆者認(rèn)為，該課程主要包含以下特點：

　　1.抽象性

　　計算機組成是指如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性，它包括了很多對程序員來說是透明的硬件細(xì)節(jié)。例如，指令系統(tǒng)體現(xiàn)了機器的屬性，這是屬于計算機結(jié)構(gòu)的問題。但指令的實現(xiàn)，即如何取指令、分析指令、取操作數(shù)、如何運算、如何送結(jié)果等等，這些都屬于計算機組成問題。因此，當(dāng)兩臺機器指令系統(tǒng)相同時，只能認(rèn)為它們具有相同的結(jié)構(gòu)。由于課程涉及到很多計算機體系的技術(shù)理論，而這些理論單純理解的話比較晦澀難懂，因此在設(shè)計具體實現(xiàn)這些屬性的架構(gòu)過程中會出現(xiàn)很多理解性的問題，這就是人們經(jīng)常說的抽象。在實際的上課中，這基本上是最大的問題。

　　2.關(guān)聯(lián)性

　　計算機組成原理并不是一門獨立的課程，其實要徹底學(xué)好弄明白這門課，必須學(xué)習(xí)其他很多課程，如操作系統(tǒng)、編譯原理、計算機體系結(jié)構(gòu)、匯編語言和微機原理等。只有把這些課程都學(xué)過之后才能在腦中有很清晰的概念或者框架，才能知道其所以然，不然總會有模糊不清的地方。另外，由于該課程的核心部分是CPU的設(shè)計，因此還要對CPU的發(fā)展歷史以及指令集的演化有深入的了解，不然也可能只能觀其一點而不得全貌。這些也間接導(dǎo)致了這門課的難度。

　　3.層次性

　　蘇軾在《題西林壁》中有詩云：橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同。對計算機的視野也一樣，不同的人看計算機的時候可能看到的東西是不一樣的。一萬個人讀哈姆雷特有一萬種看法。從普通用戶來看計算機就是一臺電腦，是輔助做事情的，看不出計算機背后的東西;而從程序員的角度看，他可以把計算機分層。分層結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中虛擬機器M4是高級語言機器，負(fù)責(zé)把高級語言程序翻譯成匯編語言程序;虛擬機器M3是匯編語言機器，負(fù)責(zé)把匯編語言程序翻譯成機器語言程序;虛擬機器M2是操作系統(tǒng)機器，負(fù)責(zé)用機器語言解釋操作系統(tǒng);傳統(tǒng)機器M1用微程序解釋機器指令;微程序機器M0由硬件直接執(zhí)行微指令。從下層向上層發(fā)展反映了計算機系統(tǒng)逐級生成的過程，而從下層往上層觀察則有助于了解應(yīng)用計算機求解問題的過程。因此，“計算機組成原理”的教學(xué)必須體現(xiàn)這種層次性。

　　二、計算機組成原理的教材體系及其問題

　　目前最常見的計算機組成原理教材主要有唐朔飛和白中英版，兩者各有特點。其中唐朔飛版采用從整體框架入手，自頂向下、由表及里、層層細(xì)化的敘述方法，通過對計算機系統(tǒng)概述、總線系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、中央處理器、控制單元的深入剖析和詳細(xì)講解，條理清晰，脈絡(luò)鮮明，使讀者能形象地理解計算機的基本組成和工作原理。[3]但經(jīng)過學(xué)習(xí)之后感覺作為考試的復(fù)習(xí)書尚可，想要深入學(xué)習(xí)的人會發(fā)現(xiàn)教材中后面幾章有關(guān)模型機的設(shè)計部分講得太少，這不利于建立整機觀念。如果只是把計算機的各個部分當(dāng)成分立的器件來看待，那也就失去了學(xué)習(xí)組成原理的意義。

　　白中英版本內(nèi)容包括計算機系統(tǒng)概論、運算方法和運算器、存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線系統(tǒng)、外圍設(shè)備和輸入輸出系統(tǒng)。整本書的架構(gòu)和唐朔飛差不多，區(qū)別在于對計算機個別部分的講解有些不同，但是深入不夠，所以白中英在最新版本中加入了操作系統(tǒng)支持、安騰高性能處理機體系結(jié)構(gòu)、教學(xué)實驗設(shè)計和課程綜合設(shè)計。新版本更利于理論和實踐的結(jié)合。[4]

　　無論是唐朔飛還是白中英版都有一個缺點：由于按照計算機的各個組成部分來布局，所以整本書的前后關(guān)聯(lián)性不強。本科生限于能力很難把整本書融會貫通，這樣不利于學(xué)生對計算機體系架構(gòu)的整體了解。

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