计算机组成原理课程设计总结报告

计算机组成原理课程设计总结报告（精选9篇）

篇1：计算机组成原理课程设计总结报告

大庆师范学院

计算机组成原理课程设计

总结报告

设计题目：基本模型机的模拟设计与实现 子 题 目：外部中断控制流水灯、蜂鸣器 学生姓名： 院

别： 专

业： 班

级： 学

号： 指导教师:

2011 年 7 月 5日

大庆师范学院

课 程 设 计 任 务 书

题目 基本模型机的模拟设计与实现 主要内容：

对基本模型机的设计与实现，能够自己设计机器指令并且能够翻译为微程序，并能将机器指令和微程序分别打入模拟机的内存和控制存储其中，并通过程序调试能将所编写的程序正确运行。

参考资料：《计算机组成原理》 唐朔飞著

《计算机组成原理》 白中英著

《计算机组成原理实验指导》

完 成 期 限：

一周指导教师签名：

2011年 7 月5日

大庆师范学院本科毕业论文（设计）

大庆师范学院本科毕业论文（设计）

目录

一、设计目标……………………………………………………………………1

二、采用设备……………………………………………………………………1

三、设计的原理…………………………………………………………………1 3.1 单片机

……………………………………………………………………1 3.2中断方式 …………………………………………………………………2 3.3实现控制LED和蜂鸣器的原理……………………………………………3

四、逻辑电路图……………………………………………………………… 3 4.1LED小灯原理图…………………………………………………………… 3 4.2扬声器原理图 …………………………………………………………… 3 4.3单片机的独立按键原理图 ……………………………………………… 4

五、程序代码

…………………………………………………………………4 5.1C语言的特点及选择 ………………………………………………………4 5.2 程序代

……………………………………………………………………5

六、调试情况……………………………………………………………………5 6.1在keil环境下，编写外部中断的程序 …………………………………6 6.2软件调试的步骤

…………………………………………………………6

七、心得体会

…………………………………………………………………6

八、参考文献……………………………………………………………………7

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摘要：本文介绍了在89c51单片机系统中设计外部中断流水灯、蜂鸣器的一种方法。

关键词：中断；LED；蜂鸣器

一、设计目标

通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成简易的外部中断设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。

通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于STC-89C52单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，加深对理论方面的理解。了解软硬件的有关知识，并掌握软硬件设计过程、方法及实现，并具备一定程度的设计能力。为以后设计和实现应用系统打下良好基础。

二、采用设备

由于单片机集成了运算器电路、控制电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等，所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。由于单片机是可编程芯片，并且它可以运用C语言编写，对于一些功能，可以调用C语言库函数。使编写程序变得非常简单。所以该课题用单片机实现，不仅功能易于实现，而且精确度高，稳定性好，抗干扰能力强。并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，且技术比较成熟。性价比也相当高。

综上所述，并通过各个方面综合比较为达到最佳效果。我采用本系统就是充分利用了89C52芯片的I/O引脚。系统以采用52系列单片机STC-89C52为中心器件来设计的外部中断，实现了中断程序为LED灯灭、蜂鸣器响声停止功能，中断程序由本人独立完成。

三、设计的原理

3.1、用89C52单片机试验仪来实现

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本课题用到的是89C52单片机试验仪，主要元件为89C52单片机、LED灯，键盘，蜂鸣器等。

89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的89C52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。

89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程。

图1.AT89C52引脚图

3.2 中断传送方式：

中断方式则是在外设为数据传送做好准备之后，就向CPU发出中断请求信号（相当于通知CPU）。CPU接收到中断请求信号之后立即作出响应，暂停正在执行的原程序（主程序），而转去外设的数据输入输出服务，待服务完之后，程序返回。CPU再继续执行被中断的原程序。

外部中断

外部中断是指从单片机外部引脚输入请求信号。输入/输出的中断请求、实时事件的中断请求、掉电和设备故障的中断请求都可以作为外部中断源，从引脚INT0、INT1输入。

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外部中断请求、有两种触发方式：电平触发及跳变（边沿）触发。这两种触发方式可以通过对特殊功能寄存器TCON编程来选择。

3.3实现控制LED和蜂鸣器的原理

LED灯为共阳极接法，其阴极分别接P0口的八个输出。P0口各位送低电平，对应各口的LED灯亮。蜂鸣器有P1.5口控制，低电平时响，高电平时不响。P0口作为输出口，用来控制LED的亮灭，要使其亮只需要让P0.0-P0.7口保持低电平就可以使8个灯亮起来。同时通过P1.5端控制蜂鸣器发生，当1.5输出低电平时候使蜂鸣器发出声音，按下按键可调节P0的高低电平，从而控制程序中LED灯的亮灭和蜂鸣器的声音。

四、逻辑电路图

4.1LED小灯原理图

4.2扬声器原理图

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图3.扬声器电路

4.3单片机的独立按键原理图

图4.独立按键电路图

五、软件设计

5.1、C语言的特点及选择

C语言它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰

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富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。在本设计中采用C语言编写软件程序。

5.2 程序代码

#include #define uint unsigned int uint m,n;sbit didi=P1^5;

void delay(int z){ }

void main(){

} TCON=0;//TCON取值0或1时，对中断的现象不同 EA=1;//开总中断 EX0=1;//开外中断 0 while(1){ P0=0;

} delay(6000);//延时 P0=0xFF;delay(6000);//延时 for(m=0;m

六、调试情况

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6.1在keil环境下，编写外部中断的程序。

掌握开发系统界面的各个组成部分以及提供给我们的各种不同的调试工具，文件操作等内容。掌握使开发系统连机调试的基础知识。

6.2软件调试的步骤

软件调试一般分为以下四个阶段：

1、编写程序并查错；

2、在C语言的编译系统中编译源程序

3、对程序进行编译连接，并及时发现程序中存在的错误；

4、改正错误。

在软件调试过程中，对出现的错误进行了认真的分析和修改，多次调试成功后，能够很好的达到既定的设计效果。

七、心得体会

经过一周的努力,终于完成了这次学期的《计算机组成原理》科目的课程设计.虽然只有短短的一周,但是缺感觉学到了很多东西.这次单片机课程设计不仅巩固了以前所学过的知识，一方面通过C51单片机等一些器件的设计让我学习和掌握了单片机技术的基础知识和技术要点，也使以前学的很多知识都得到了运用。熟悉Keil C51编程平台及相关c语言编程软件，另一方面在WORD中进行编辑，这个过程中让我掌握了计算机辅助的设计技术。而且学到了很多在书本上没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的

理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，对软件、硬件方面的许多知识掌握得不够牢固。我会在以后的学习中不断学习，积累经验，超越自己。

总之，经过一个周的试验我受益匪浅，同时我还要感谢老师对我们的耐心指导，帮我们分析解决了许多棘手的问题，也为我拓展思路提供了很好的指导。

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参考文献

[1] 《计算机组成原理》 唐朔飞著（高等教育出版社）[2] 《计算机组成原理》 白中英著（科学出版社）[3] 《计算机组成原理实验指导》

篇2：计算机组成原理课程设计总结报告

这次课程设计是在已学计算机组成原理基础上进行的一次大型实验，也是对该课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的应用系统，并且在实验的基本技能方面上进行一次全面的训练。

通过对这一闹钟程序的制作，使我对计算机组成原理的基本知识的使用更加熟练，同时也增加了我对计算机组成原理的一些认识，培养从资料文献、科学实验中获得知识的能力，在作业完成过程中通过和同学的交流，也增加了合作的技巧，提高学生从别人经验中找到解决问题的新途径的悟性，初步培养工程意识和创新能力。通过查阅以下资料也学到了一些课本上没有的东西，很多知识从模糊概念到具体的了解，从毫无所知到具体的应用，拓宽了自己的知识面，增加了学好汇编语言的信心。

当然，在本次设计中，遇到了很多问题，开始有些迷茫，在老师的分析以及同学的帮助下，相关资料的查阅，先了解了整个设计的总体设计包括当前时间的获取并显示，码制转换，设定闹钟报鸣的时间。用AND运算，高四位的0 AND 任何的值都是0，而低四位的1 AND 任何的值 它的值还是保持不变。合肥工业大学出版社汇编语言程序设计（王庆生 主编）这本书就帮了我很大的忙，在最后的附录里找到了各操作的格式及功能还有Dos系统功能和BIOS功能调用功能及参数，相当详细。提取系统时间比较难就参考了响铃调用，扬声器开关，灯光控制显示、广播等模块，之后采取各个模块击破的方法，了解各个模块的功能的实现，这下工程花费很长一段时间，又是图书馆查资料，又百度，感觉百度真好，就连一个简单的汇编语句帮我们解析清清楚楚，例如.AND AL,0FH其解答是0FH用二进制表示为0000 1111,其0-3位（低四位）都是1百度文库里资料。汇编很注重寄存器的使用，输入输出，进栈保护现场，出栈恢复现场，光标设置等等。

经过努力调试修改把这个时间控制大部分完成，虽然里面还存在很多问题，譬如缺少错误检测和信息提示，没有写入，感觉自己在计算机组成原理的知识海洋里懂的是那么的少，还需要多学点。

篇3：计算机组成原理课程设计总结报告

《 计算机组成原理》 是计算机科学与技术专业 、软件工程专业的专业骨干课程,该课程围绕着构成计算机的五大部件全面详细的阐述了计算机的组成和各部件的工作原理,并引申出各部件的设计实现方法。

为了能够让学生对《 计算机组成原理》 这门课程有一个感性的理解, 我院于2009年购置了由清华大学计算机学院研制开发的TH- union+ 教学实验系统,将其应用于《 计算机组成原理》 实验课程。 TH- union+ 教学实验系统本身就是一台简单的计算机,该实验系统不仅能够支持传统的硬件实验,而且创造性的在实验系统中增加了汇编语言指令系统,使得很多传统硬件实验在连接了硬件电路之后,不再使用手动开关向存储器输入指令和数据的方式验证电路的正确性,而是改用通过输入汇编语言程序对电路的正确性进行验证,大大提高了工作效率, 也能够更好的促进学生对理论知识的消化和理解。 因此在实验课程的设置中,全体实验大致可以分成两个部分,第一部分是结合TH- union+ 教学实验系统现有的汇编语言编写简单的应用程序,以达到熟悉掌握实验系统各部分硬件的目的。第二部分是在第一部分的基础上由学生利用VHDL语言设计一个8位的CPU,并利用实验系统的汇编语言进行编程, 以验证CPU设计的正确性。 在整个实验教学过程中,利用实验系统的汇编语言编程是实验的一个重要环节,但在教学过程中,我们发现,由于学生初次接触该实验系统,对它的汇编语言指令不熟悉,常常和已经学过的8086汇编语言指令混淆, 导致利用实验系统的汇编语言编程的能力不足,对后续实验有一定的影响,因此我们课程组全体教师就有了设计一个汇编语言转换器的想法。

二、对TH- union+ 教学实验系统的改进

TH- union+ 教学实验系统是一个优秀的《 计算机组成原理》 课程实验教学平台,它最初的受益者是清华大学计算机学院的学生,而我们黑龙江大学计算机学院软件学院的学生与清华大学计算机学院的学生相比,动手能力、综合技能还存在一定的差距,正是由于我院学生的这些差距,使我们必须对TH- union+ 教学实验系统进行改进。

TH- union+ 教学实验系统上有一个汇编语言,它和我们学过的8086汇编语言没有任何关系。 也就是说同学们要做计算机组成原理实验就要再学一次汇编语言。 这个汇编语言一共有48条指令,只有4种寻址方式,有16个寄存器,……,一切都变了。 因此我们必须用一个方法使学生快速学会新的汇编语言,并利用它进行程序设计。

TH- union+ 教学实验系统的设计者为了使实验系统更接近真实的计算机在指令系统中设计了与输入输出操作有关的指令,使得程序在设计过程中可以进行输入输出操作。 但是遗憾的是,学生在学习8086汇编语言时, 所有的输入输出操作都是由DOS系统功能调用函数实现, 没有涉及到真正的底层硬件输入输出操作,现在在实验系统上首次自己编写输入输出函数,对学生具有一定的挑战性,这是实验系统的第二点需要改进的地方。

三、解决方法

基于以上两点,课程组全体教师决定自行开发一款辅助软件, 用来实现实验系统的汇编语言程序与8086汇编语言程序相互转换, 进而指导辅助学生快速掌握TH- union+ 教学实验系统的汇编语言和相关知识。

本辅助软 件是利用windows下linux模拟环境 的flex工具和gcc编写完成的。 flex是linux下的一个用来开发编译器的工具, 主要用于词法分析器的设计开发。 由于本辅助软件需要对两种汇编语言的语句进行转换, 其过程包括大量的词法分析工作,因此我们选用flex工具,以缩短开发周期。

本辅助软件由两个可执行文件、两个示例程序和一个说明文件构成, 两个可执行文件暂时定名为my和your。my的功能是把TH- union+ 教学实验系统的汇编语言程序转换成8086汇编语言程序。 your的功能是 把8086汇编语言程序转换成TH- union+ 教学实验系统的汇编语言程序。

由于指令格式的原因,实验系统的汇编语言指令操作数的寻址方式全部隐藏在操作码中,也就是说在指令译码的时候, 当指令译码器分析出指令功能的同时,也知道了指令中各操作数的寻址方式。这就使得实验系统无论在指令数量还是在寻址方式方面都比8086汇编语言指令系统简单, 我们把实验系统的汇编语言看成是8086汇编指令系统的子集。 当my程序扫描到实验系统汇编语言指令时, 根据操作码就可以判断出它对应的8086汇编指令是什么, 寻址方式是什么, 然后转换成8086汇编语言指令即可。 通过my对两种汇编语言相互转换,提示学生注意两种汇编语言的相同点,以便学生在阅读实验系统汇编程序时快速理解它的编程目的。

your的功能是把8086汇编语言程序转换成实验系统的汇编语言程序。 在具体操作中,由于8086汇编语言比实验系统的汇编语言复杂,所以需要做一些简单的限制,以便程序转换。

第一, 我们约定your只能转换正确的8086汇编语言程序。辅助软件的设计目的之一是要学生在已经掌握8086汇编语言的基础上, 不需要再额外学习其他汇编语言就可以在实验系统上编写程序,因此我们假设学生能够利用8086汇编语言在通用计算机上实现实验程序的设计。 为了便于学生利用8086汇编语言设计程序,我们在软件包中增加了一个示例程序2.asm, 它本身也是一个8086汇编语言程序框架, 学生利用这个框架编程效率会更高。 为了保证程序的正确性,在软件中附带了Boland公司的Turbo Assembler汇编语言编译器 ( 简称tasm) , 学生编写的汇编语言可以用tasm编译成可执行文件,以保证程序的正确性。

第二, 我们要对8086汇编语言程序做简单的语法分析。由于实验系统汇编指令的操作数寻址方式都是固定的, 而8086汇编语言的指令系统操作数寻址方式是不固定的, 这就使我们不得不对8086汇编语言程序进行简单的语法分析。

具体操作如下: 转换程序your扫描到一条指令首先对指令的操作码部分进行分析,判断该指令是否可以转换成TH- union+ 教学实验系统的汇编语言指令,如果可以就在指定变量中设置一个指令对应的数值,如果不能转换就输出一行字符串,提示用户你的程序中使用了不可转换的8086汇编语言指令, 在转换过程中把这条指令忽略。 8086汇编语言指令系统是一个复杂指令系统,指令存在大量的功能冗余,因此辅助软件采用忽略指令的方式,在这里也可以采用发现不可转换的指令就发出错误提示,然后强行结束转换的方式,但课程组老师考虑到每个人的编程习惯不同,所以采用前者比较温和的提示方式。

然后是对操作数寻址方式的判断,同样根据不同的寻址方式在指定变量中设置对应的数值,如果是实验平台支持的寻址方式,就直接转换成相应的实验系统汇编语言指令,如果不是实验平台支持的寻址方式,系统将提示出现错误,并强行结束转换。 在这一过程中最麻烦的是一些寻址方式的转换。 例如在8086汇编语言指令系统中,双操作数指令允许目的操作数采用寄存器寻址方式,源操作数采用立即寻址方式。 例如:add ax,10,但是实验系统的汇编语言规定双操作数指令的两个操作数都采用寄存器寻址方式, 只有MVRD指令支持立即寻址,因此一旦发现上述指令,转换程序将产生下面四条指令,以保证程序的正确性。

PUSH R15

MVRD R15,10

ADD R0,R15

POP R15

第三 , 我们要对 输入输出 指令单独 处理 。 由于TH- union+ 教学实验系统有自己的输入输出指令,这些指令与8086汇编语言的输入输出指令完全不同, 为了简化问题,便于学生们迅速掌握串口操作,我们约定在编写与输入输出操作有关的程序时,必须采用事先设计的宏。首先我们在示例程序2.asm中利用DOS系统功能的7号子功能和2号子功能实现基本的输入输出宏。 在编程过程中凡是遇到输入输出操作都调用这两个宏。然后我们把这两个宏名加入到转换程序中,当转换程序扫描到这两个宏名将自动生成对应的实验系统汇编指令。 在程序设计过程中,实验系统的输入输出操作采用查询方式,因此每次生成的实验系统汇编程序里面一定要带一个有条件跳转指令和标号,在具体操作时,很可能出现多次使用输入输出操作, 每次产生的标号都要不同, 所以程序中必须对生成标号进行处理,这是此部分的设计重点。

本辅助软件首次应用于2012级软件学院的实验教学中,提高了教学效率,取得较好的教学效果,同时也有许多热心的同学对辅助软件提出了宝贵的意见,课程组全体教师将根据师生的反馈意见进一步完善辅助软件, 为以后的实验教学提供更多更好的支持。

参考文献

[1]王诚,刘卫东,宋佳兴.计算机组成与设计:第三版[M].北京:清华大学出版社,2008:7.

[2]王诚,刘卫东,宋佳兴.计算机组成与设计实验指导:第三版[M].北京:清华大学出版社,2008:8.

篇4：计算机组成原理课程设计总结报告

关键词：计算机组成原理；实验教学；改革

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21702-02

Discussing the Teaching Model of The Organization Principle of Computer in Computer Experiment Course

HAI Lin-peng,CHEN Feng

(Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)

Abstract:The paper discusses the teaching model of The Organization Principle of Computer in computer experiment course, and puts forward a few methods to improve the teaching effect by analyzing the present condition which exists in many Chinese universities. All of these can promote the development of teaching of The Organization Principle of Computer in Chinese universities.

Key words:The Organization Principle of Computer;experiment lesson;reform

“計算机组成原理”是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业基础课程。它是讲述计算机的一般结构、组成、原理的课程。本课程从计算机的基本概念、基本组成及基本功能着手，对计算机的各个基本组成部件的工作原理进行讨论，使学生掌握有关硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件如何有机连接构成整机系统的技术，为培养学生对硬件系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。本课程的基础课是数字电路、离散数学等，后继课程有计算机系统结构、微机原理等。学生通过这门课的学习，要掌握计算机的基本组成与运行原理的基本知识(主要是运算器和控制器)，计算机硬件设计、制造、调试和运行维护等多方面的基本技能。为此，这门课的实验环节就显得尤为重要。在开展好理论教学的同时, 对实验教学环节必须给予足够的重视。通过实验教学，使学生具有较强的分析问题和解决问题的能力，以适应科学技术的飞速发展。

1 “计算机组成原理”课程实验教学的现状及存在的问题

目前, 计算机组成原理课程的教学基本上都是采用理论教学+实验的方式， 这种方式被国内外大学普遍采用。课堂教学讲授基本概念和理论知识，实验主要是为了加深对基本概念和理论知识的理解及培养动手能力。我国的计算机组成原理实验教学基本采用“计算机组成原理实验箱+ PC机仿真终端”共同完成实验的方式。一般来说，这种结构的教学机的硬件部分都在实验箱上实现。我院教学主要采用的的是清华大学研制的TEC-2实验系统。TEC-2实验系统是清华大学专门为《计算机组成原理》课程的教学实验而研制的。该系统的硬件和软件完整，配备合理。 TEC-2机的主体，包括计算机的运算器、控制器、存储器三个功能部件 ，配备了两个串行接口电路，可以接终端、 PC 机或另一台 TEC-2机，装置上还设置了 20 余个钮子开关、两个十二位的微型开关、多个按键和 16 个发光二极管，用于手动方式的实验。此外，还配有多种实验接口板用 50 芯扁平电缆与接口机进行联机，学生可以在接口板上搭接线路，完成硬软件的调试实验。该实验设备从这门实验课开设之初到现在为计算机组成实验的教学立下了汗马功劳。 但是, 随着计算机技术的发展，它已经不能满足我们的教学目标，在这几年的教学实践中，我们发现了几点不足。

(1)实验设备的可维护性不好。TEC-2实验箱是上世纪90年代末的产品， 所采用的主要器件的型号比较老。现在这些芯片在市面就很难买到。过了厂家的保修期后，维护起来就比较麻烦。由于操作实验箱的的学生好多都不太熟练，难免有操作错误的时候，损坏芯片是常有的事。由于缺少相应软硬件支持，使得维修周期比较长，影响了实验课程的正常开设。

(2)实验的交互性不足。在实验课上, 教师通常会按着实验目的、实验内容、实验结果的思路给学生讲解, 然后演示。但是部分学生理解能力有差异，在课堂上往往掌握的不太好, 到了实验室面对实验箱经常不知所措，影响实验效果。如果有一个好的仿真软件, 教师在课堂上可以通过多媒体教学设备先模拟一下,让学生看到实验效果，那么实验的效果会好一些。

(3)实验的扩展接口太少。TEC-2实验箱厂家在设计的时候,根据需要用到了少量可编程器件, 这些都是有固定作用的, 学生不能改动其中的程序，整体功能还不强大，所以学生只能在实验箱上面做验证性实验，相对的提高性的实验完成起来就比较困难。

在教学过程中，我们还发现传统的实验教学模式也有几个问题值得注意。传统实验教学模式一般由这样几个步骤完成: 首先由老师简单讲解课堂实验的内容及原理。然后学生按要求的实验步骤完成实验项目。最后老师检查实验数据记录。这种传统实验的教学中，少了一个重要的环节，就是学生对本节实验课理解程度以及创新能力的考查。所以实验过程中经常有下面几种情况发生。

第一, 实验过程中不求甚解。现在上实验课，大部分学生在实验过程中, 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，对于芯片及电路的作用也不去考虑。实验做完了还是什么都不知道。这样做实验, 根本无法真正做到理论与实际的结合，也很难培养出动手能力强、有创新能力的学生。

第二, 学生对实验的主动思考能力没有调动起来。作为教师，在实验过程中我们不能只是等着学生来提问，而因该主动的去激发学生学习积极性。为此我们需要为每个实验设置一些要求学生动脑筋的思考点，激发学生对实验的思考，从而让学生真正掌握试验中所包含的知识。

2 相应的改进思路

(1)更新实验仪器设备。鉴于原有试验设备已经老化，我们申请购置一批新型的实验设备，主要包括TEC-XP实验系统。TEC-XP是16位的教学实验系统，它有自己的指令系统和监控程序，能够与终端或PC机相连，可以进行联机操作和执行比较完整的程序。实验系统分成主要的两个部分：一部分采用模块化的结构(运算器、控制器、主存储器、I/O接口和中断)构成一台完整的模型计算机，支持组合逻辑控制器和微程序控制器两种控制器方案，两种控制器紧凑合理，完成教学实验方便高效；另一部分采用先进的FPGA芯片，学生可自行设计CPU(流水和CACHE)。系统的软硬件配置完整，技术资料齐全，支持的实验项目多达14项，比现有设备多了许多。有了这套设备，我们就可以让学生体验更多的教学内容，锻炼学生的动手能力和自主创新能力，提高实验教学效果。

(2)加强与数字电路技术实验的衔接。“数字电路技术”是计算机组成原理这门课的重要的先导课，在教学过程中我们发现好多学生数字电子技术学得不好，直接影响到计算机組成原理这门课程的学习。在进行计算机组成原理实验时, 最难就是控制器部分的实验，它和数字电路技术中的组合逻辑电路设计和时序电路设计紧密相关。如果在上述试验中引入相关加法器的内容，则为学生学习组成原理实验打下了良好的基础。

(3)改革实验教学模式。为了改变学生在实验课上不求甚解得情况，我们决定改革实验教学模式。我们将实验分为三个阶段：基础性实验，验证性实验和设计性实验。在基础性实验阶段，学生将学习实验设备的使用，基本实验方法和技术，实验机系统结构的组成等。通过设计小实验的验证和应用，要求学生掌握实验系统中每个单元模块的内部结构及相关电子芯片的基本逻辑，理解单元模块的工作原理及该单元模块在整机系统中的应用；在验证性实验阶段，我们将要求学生掌握实验箱中指定的基础性实验项目。在实验以前，学生要先预习实验内容，并填写预习报告。我们在预习报告中将提出一些与实验有关的问题，要求学生作答。教师在确认学生预习报告合格后方可让学生进入实验室做实验。这样可以迫使学生必须去思考实验内容，从而为实验内容打基础；在设计性实验阶段，我们将利用实验设备的强大功能，让学生自行设计一些题目并加以实现，或指定一些题目。通过这一阶段的系列实验，要求学生能利用在第二阶段建立的整体思想，对指导教师提出的课题任务，提出解决方案，陈述原理的应用，自主设计实验所用的单元模块以及实验步骤，进而通过实践得出实验结论。学生在这一阶段, 通过自主实验的设计，整体素质将得到很大的提高。

3 结束语

计算机组成原理是一门非常重要的专业基础课，其实验教学过程尤为重要。我们希望通过我们的努力，能使学生学好这门课程，达到融会贯通，动手能力得到进一步的提高，为以后的课程的学习打下良好的基础。

参考文献：

[1]任春明,刘军.计算机组成原理实验教学的思考与改进[J].实验技术与管理,第23卷,第10期,2006年10月.

[2]杜根远,李娟.关于计算机组成原理课程及实验教学的探讨[J].实验室科学,2006年6月第3期.

[3]李彩虹,屈志毅,刘刚,马俊.“计算机组成原理”实验课教学模式探讨与实践[J].高等理科教育,2006年第2期.

篇5：计算机组成原理课程设计总结报告

题目：控制器综合设计实验

学院： 姓名： 学号： 同组人： 完成日期：

一、需求分析

1、程序设计目的

（1）在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。

（2使用简单模型机和复杂模型机的部分机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。

（3）掌握微程序控制器的组成原理。

（4）掌握微程序的编写、写入，观察微程序的运行。

（5）通过课程设计，使学生将掌握的计算机组成基本理论应用于实践中，在实际操作中加深对计算机各部件的组成和工作原理的理解，掌握微程序计算机中指令和微指令的编码方法，深入理解机器指令在计算机中的运行过程。

2、程序设计内容

（1）分析所设计系统中各功能模块的工作原理；

选用合适的器件（芯片）； 提出系统的设计方案；

（2）根据系统流程图，编写程序与微程序并调试通过

记录运行情况

对所设计电路进行调试。

将ADD指令做适当的修改操作并调试通过

对原理图进行相应的修改，实现带移位的运算的模型机。

二、结构设计

[1] 运算器单元（ALU UINT）

运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并－串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。ALU的S0～S3为运算控制端，Cn为最低进位输入，M为状态控制端。ALU的输出通过三态门74LS245连到数据总线上，由ALU-B控制该三态门。[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）

该部分由3片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由LDRi和RS-B根据机器指令进行选通。

[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）

指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序的跳转，由LDIR控制其选通。[4] 时序电路单元（STATE UNIT）

用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。[5] 微控器电路单元（MICRO－CONTROLLER UNIT）

微控器主要用来完成接受机器指令译码器送来的代码，使控制转向相应机器指令对应的首条微代码程序，对该条机器指令的功能进行解释或执行的工作。由输入的W/R信号控制微代码的输出锁存。由程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）实现程序的取指功能。[6] 逻辑译码单元（LOG UNIT）

用来根据机器指令及相应微代码进行译码使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，及工作寄存器R0、R1、R2的选通译码。

[7] 主存储器单元（MAIN MEM）

用于存储实验中的机器指令。

[8] 输入输出单元（INPUT/OUTPUT DEVICE）

输入单元使用八个拨动开关作为输入设备，SW-B控制选通信号。输出单元将输入数据置入锁存器后由两个数码管显示其值。

*该CPU数据结构通路框图如下：

微指令译码电路如下：

图中MS24—MS16对应于微指令的第24—16位，S3S2S1S0MCn为运算器的方式控制，详见实验一和实验二；WE为外部器件的读写信号，‘1’表示写，‘0’表示读；1A、1B用于选通外部器件，通常接至底板IO控制电路的1A1B端，四个输出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片选端。

图5—3中MS15—MS13对应于微指令中的F1，经锁存译码后产生6个输出信号：LRi、LDR1、LDR2、LDIR、LOAD、LAR。其中LDR1、LDR2为运算器的两个锁存控制（见实验一）；LDIR为指令寄存器的锁存控制（见系统介绍中指令寄存器电路）；LRi为寄存器堆的写控制，它与指令寄存器的第0位和第1位共同决定对哪个寄存器进行写操作（见系统介绍中寄存器堆电路和图5-4）；LOAD为程序计数器的置数控制，LAR为地址寄存器的锁存控制（见系统介绍中程序计数器和地址寄存器电路）。以上6个输出信号均为‘1’有效。

图5—3中MS12—MS10对应于微指令中的F2，经锁存译码后产生6个输出信号：RAG、RBG、RCG、299-G、ALU-G、PC-G。其中RAG、RBG、RCG分别为寄存器Ax、Bx、Cx的输出控制（见系统介绍中寄存器堆电路）；299-G为移位寄存器的输出控制（见实验二）；ALU-G为运算器的输出控制（见实验一）；PC-G为程序计数器的输出控制（见系统介绍中程序计数器和地址寄存器电路）。以上信号均为‘0’有效。

图5—3中MS9—MS9对应于微指令中的F3，经锁存译码后产生6个输出信号：P1、P2、P3、P4、AR、LPC。其中P1、P2、P3、P4位测试字，其功能是对机器指令进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支和循环运行（见实验4的图4-1（b）和图5-4）；AR为运算器的进位输出控制（见实验一）；LPC为程序计数器的时钟控制（见系统介绍中程序计数器电路）。以上信号均为‘1’有效。

三、系统工作原理描述

1.数据通路

2.指令系统的设计及格式

实验设备的数据通路与图2-5-1 相同,微指令格式见表2-5-2 微指令格式，可根据自己的需要设计指令系统。

系统可以支持三种指令格式。机器指令格式

一、格式二与实验5 相同，这里介绍格式三：二字节指令,第一字节为操作码,第二字节D 为操作数

其中，OP-CODE 为操作码，Rs 为源寄存器，Rd 为目的寄存器，在无操作数 时,第0～3 位无意义。并规定：

按照实验3 中所介绍过的机器指令格式

一、格式二本实验设备最多可以

设计16 条指令，如果考虑各种寻址方式，系统功能就太低了。为了增加系统 功能，本实验台还提供了第二操作码进行二次译码，这样源寄存器和目的寄 存器都有指令的1，0 位决定（此时使用源寄存器总线数据应选择Rd,即

CBA=101）。这样给大家的微程序编程提供了更多的想象空间。为了易于编程 我们推荐下列格式：

其中，OP-CODE 为操作码，Rd（Rs）为目的（源）寄存器。M 为寻址 模式(第4 位和第7 位为这类指令的特征字)，具体寻址方式可自行定义，建 议定义如下：

IN：单字节（8 位）指令。其含义是将数据开关上的8 位数据输入到目的寄存器 R0 中；

MOV：双字节传送指令。其含义是将源地址指出的内容传送到目的地址指出 的单元（或寄存器）中，其中①MOV R1，#XXH：地址单元01 和02 中的指令含 义是将指令的第二字节作为操作数传送到目的寄存器R1 中。②MOV addr，R1： 地址单元04 和05 中的指令含是将源寄存器R1 的内容传送到指令的第二字节所指 出的目的地址单元中；

ADD：单字节指令。其含义是将目的寄存器R1 的内容与源寄存器R0 的内容 相加，结果存入目的寄存器R1；

OUT：双字节指令。其含义是将内存中以第二字为地址的单元内容通过数据 总线送至LED 显示；

JMP：双字节指令。其含义为执行这条指令时，将指令第二字节的内容装入 程序计数器（PC）。3.微程序及微程序流程

微程序控制器首先在给出的微地址为00H 中读出

微指令，然后给出下一条微指令地址01H。微指令地址01H、02H 这两条微指令 均为公用微指令，机器指令的取指就是从这里开始的。微地址为01H 的微指令执 行的是PC→AR（要执行指令的地址送到地址寄存器AR）及PC+1（PC 指向下一 条机器指令或机器指令的下一字节）微指令，同时给出下一条微指令地址02H。微地址02H 中微指令执行的是（AR）→IR（把AR 所指RAM 中的指令送到IR 寄 存器），同时给出判别信号P(1)及微指令基地址(10H)。下一条微地址将根据P（1）的测试结果得出，即：下一条微地址=基地址(10H)∨指令寄存器（IR）中的高4 位。在产生下一条微指令地址时,由于指令中IR7、IR6、IR5、IR4 不同，所产生的 下一条微指令地址也不同。在IR7、IR6、IR5、IR4 为00(即：NOP 机器指令)时，执行10H 的微指令，而10H（NOP）这条微指令的功能只是给出了微指令的下地 址01。每一条机器指令对应微程序的最后一条微指令后续地址一定是01H。接下来 重新执行微指令地址为01H、02H 的公共微指令，取出下一条机器指令的操作 码，再根据P（1）的测试结果得出下一条微指令的微地址，┅┅。

四、外接口定义

实验仪器：

Dais-CMH+/CMH 计算器组成原理教学实验系统一台：Dais-CMH+计算机组成原理教学实验系统采用内、外总线结构，按开放式的要求设计了各关联的单元实验电路，创造了按键式操作环境，实验方式灵活多样。在系统监控的管理下向用户提供“L”（单元手动）、“H”（单元自动）、“M”（模型机）三种工作方式；自带虚拟PC逻辑示波器、逻辑笔等测试工具，Windows、DOS及LED多个操作平台自由选择，可自成一体独立运行，亦可配合先进的动态跟踪集成软件，凭借PC资源形成强大的在线调试与图形示意系统。

实验用扁平线导线若干：用于连接电脑与Dais-CMH+/CMH 计算器组成原理教学实验系统。导线若干：用于Dais-CMH+/CMH 计算器组成原理教学实验系统各组件之间的连接。电脑一台：显示“指令系统窗口”。

微指令格式：微指令字长32 位，各位对应控制功能如下：

其中：AR 为算术运算是否影响进位及判零标志控制位：UA5-UA0 为6 位后续微地址：A 字段和B1、B2 字段为译码字段，A 字段中的RS-B、RD-B 分别为源寄存器、目的寄存器及变 址寄存器的选通信号，它的功能是根据机器指令来选通三个工作寄存器R0、R1、R2，如图3 －3 所示，图中I0-I3 为指令寄存器的第0-3 位。LDR1 为打入工作寄存器信号的译码器使能

控制位。

B 字段中P（1）、P（2）、P（3）三个测试字位，其功能是根据机器指令及相应微代码进 行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。其原 理如图3－4。图中I7-I2 为指令寄存器第7-2 位输出，SE5-SE0 为微控器单元微地址锁存器 的置“1”控制端，参看图3－2。

图3－3 A 字段译码器的部分功能 图3－4 B 字段的功能

五、系统详细设计

程序设计基本原理

图3－1 时序电路原理图

实验所用的时序电路原理如图3—1 所示，可产生4 个等间隔的时序信号T1-T4 其

中Ф 为时钟信号，由位于实验装置右上方的方波信号源提供。学生可根据实验自行选择方 波信号的频率。为了便于控制程序的运行，时序电路发生器也设置了一个启停控制触发器 CR，使T1-T4 信号输出可控。图中STEP(单步)、STOP(停机)分别由位于实验装置中部管CPU 的两个PIO 口控制。启动信号START 由“单步”、“连续”二运行命令键产生。当按动“连续”

命令键时管理CPU 令STEP=0(EXEC)，运行触发器CR 一直处于”1”状态，因此时序信号T1 —T4 将周而复始地发送出去。当按动”单步”命令键时管理CPU 令STEP=I(STEP)，机器便 处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU 周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只 读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外当机器连续运行时，如果按动“暂停”命令键管理CPU，则令STOP=1，也会使机器停机。

用复杂模型机方式设计并完成给定指令的微程序。MOV R0，IMM MOV R1，[10H] ADD R0，R1 JCZ L1 ；相对寻址 MOV [11H]，R0 L1: HLT

微控器实验原理图

六、主要参考文献

《计算机组成原理》 高等教育出版社 唐朔飞著

篇6：计算机组成原理课程设计范文

一． 课程设计目的

课程设计教学目的：通过本课程设计，学生可熟悉典型计算机的基本结构、基本组成和基本功能，掌握计算机主要组成部件工作原理的基本分析与设计方法，加深对理论课知识内容的理解。

二． 设计题目

题目1.内存扩充与连接 1.设计目的：

2.主要任务：

3.设计要求：

4.图表

画图时请按以下给出的原件图画 图1-1 8086芯片引脚图 图1-2内存芯片逻辑图

图1-3 译码器与门电路逻辑图 题目2.模型机组成设计

1.目的：通过对一个简单模型机的设计与实现,对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接以及微指令执行的过程。

2.基本要求：画出模型机的设计图并举例描述利用该模型机进行加法运算时，各个功能部件的工作情况。

题目3.算数逻辑运算 1.目的：

（1）.了解运算器 的组成结构。（2）.掌握运算器的工作原理。（3）.学习运算器的设计方法。

（4）.掌握简单运算器的数据传 送通路。

（5）.验证运算功能发生器74LS181 的组 合功能。

2.设计原理：

设计中所用的运算器数据通路图如下图。图中所示的是由两片74LS181 芯片以并/串 形式构成的8 位字长的运算器。右方为低4 位运算芯片，左方为高4 位运算芯片。低位芯片 的进位输出端Cn+4 与高位芯片的进位输入端Cn 相连，使低4 位运算产生的进位送进高4 位运算中。低位芯片的进位输入端Cn 可与外来进位相连，高位芯片的进位输出引至外部。两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表。为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。否则输出高阻态。

3.根据设计原理描述进行原码加减运算及逻辑运算的程序流程 4.填写下表

三． 课程设计报告格式

1.报告组成及装订顺序：封面、目录、引言、正文、结论、参考文献、心得体会。2.书写格式要求：见学院课程设计报告要求

四． 其它要求

1.报告提交时间：截止12月31日

篇7：计算机组成原理课程设计总结报告

执行一条指令时，先把它从内存中取到缓冲寄存器，再送到指令寄存器，然后它的操作码给到指令译码器，操作码经译码后就可向操作控制器发出具体操作命令。3，存储器在计算机中的作用是什么？ 用来存放程序（机器指令）和数据。4，寄存器的多少在执行指令时有什么好处？

5，ALU的算逻功能与指令的功能存在什么关系？

算术.逻辑功能的执行需要不同的指令去实现，指令上操作码不同，决定了到底是执行算术还是逻辑运算。6，总线在计算机组成中起什么作用？

借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址，数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。7，微程序的各位定义与什么有关？

微指令字长为24位，它由操作控制和顺序控制两个部分组成。操作控制部分用来发出管理和指挥全机工作的控制信号：该字段有17位，每一位表示一个微命令，当某一位是1时，表示发出命令，为0时，表示不发出。顺序部分用来决定下一条指令的地址。8，时序电路在执行指令时起到什么作用？

几个微命令信号一齐发出时，既不能来的太早，也不能来得太晚，为此，要求这些微命令信号还要加入时间控制，保证运算器在一定时间内进行运算，完了之后，总线上输出稳定结果再打入相应寄存器。9，如果扩充指令，有什么办法？怎样安排指令代码及其微程序？

10，在指令读取和执行期间，每个CPU周期都怎样安排时钟脉冲的（T1，T2，T3，T4）？

取指阶段：T1：程序计数器PC的内容装入地址寄存器AR；程序计数器内容加一，为取下一条指

令做好准备；T2：地址寄存器内容送总线；所选存储器单元的内容经过数据总线，送到数据缓冲寄存器DR；T3：缓冲寄存器内容送指令寄存器IR；T4：指令寄存器中操作码被译码或测试；CPU识别是该指令。（大部分指令此操作相同）

执行阶段：T1：操作控制器送一控制信号给算术逻辑运算单元ALU；ALU响应该控制信号，执行相应操作。（针对不同的指令的读取，时钟脉冲不太相同，可以在运行时候，观察。）如果是如ADD指令，执行阶段有两个周期，第一个是把指令寄存器中地址码装入地址寄存器。第二个：把地址寄存器中操作数地址送地址总线；由存储器单元读出操作数，经过数据总线送缓冲寄存器；执行加操作。

11，指出所设计的计算机的基本结构都有那些部件组成？

控制器：程序计数器，指令寄存器，指令译码器，时序产生器，操作控制器； 运算器：算术逻辑单元ALU，累加寄存器，数据缓存寄存器，状态寄存器。12，各部件之间是怎样通过数据总线交换信息的？指出信息的流向。13，对存储器操作有几种？每种操作是如何实现的？

送和取的操作。在存储器中取出指令，送出指令和数据内容到数据总线。14，在模型机中的ALU前端有暂存器，暂存器的作用是什么？

暂时存储从IN读出的数据，以便下一次操作送到哪个运算单元。15，指出寄存器的基本属性？

暂时存放相应数据或者地址或者指令。16，如何检验指令执行的结果？ 观察实验设备上的输出…… 17，微指令的下一个微地址是如何形成的？通过前一条微指令码后六位决定。18，指令代码对微地址有什么对应关系？后六位就是下一条微地址。19，微指令寄存器与微程序存储器有什么关系？各起什么作用？

篇8：计算机组成原理课程设计总结报告

MOOC是大规模开放式在线课程 (Massive Open Online Course, MOOC) 的简称, 是一种面向社会公众的免费开放式网络课程, 具有规模大、开放、在线等特点[1]。规模大的意思是参与者的数量不受限制;开放意味着任何人都可以参与学习, 而且免费;在线的意思是参与者通过网络学习课程, 不受地域限制。

MOOC带来的不仅仅是教育技术的变革, 更重要的是传统教学模式和教学设计的改变。传统教学以课堂为主, 以教师为中心, 学生在教师的监督下完成学习, 教师可以通过面对面的课堂教学掌控学生的学习进度。MOOC教学模式以在线学习为主, 以学生为中心, 教师将学习的主动权交给学生。教学模式的改变使得教学设计也相应地发生改变。

计算机组成原理课程介绍计算机硬件组成部件的工作原理、逻辑结构和硬件设计方法, 由于每个知识点相对简单和完整, 因此它也是适合采用MOOC教学的计算机类课程之一[2]。为了适应新的教学模式, 本文分析MOOC课程的学习过程, 总结MOOC课程的特点, 借鉴MOOC成功的经验, 结合教学实践和教学原理, 对MOOC环境下《计算机组成原理》课程的教学设计进行一些初步探索和尝试。

2. MOOC课程学习过程

图1给出了MOOC课程学习过程。MOOC课程学习过程主要包括课堂视频学习、随堂测验和课后作业3个重要环节。教学团队的任务是上传课程视频、随堂测验、课后作业;学习者注册登录后在线学习, 与教师或其他学习者交流讨论;学习评估主要以考试为主。

3. 基于MOOC的计算机组成原理教学设计

计算机组成原理课程涉及数字逻辑、指令、系统结构、汇编语言等课程知识, 其特征是综合性强, 知识面广[3]。教材中只是以计算机结构为单元讲授知识点, 往往会打乱知识层次结构, 导致学生感到知识点凌乱, 无法系统掌握课程内容。鉴于计算机组成原理课程教学过程中存在问题的分析, 我们借鉴MOOC的优点, 进行了针对性的教学设计改革, 提出一种具有MOOC特色的知识点分解、随堂测验、分组交流的实施策略。

3.1 知识点分解

MOOC的主要特点是以视频为中心。MOOC视频讲授中, 将深奥的理论通俗化, 以此吸引学生学习。课程视频时长2小时左右, 一周1~2次视频授课。研究发现, 人的注意力在10~15分钟之内是比较集中的[4]。根据此规律, MOOC视频根据知识模块将讲授内容分解为若干个时长为8~15分钟的片段, 便于学生在学习过程中根据自己的实际情况选择。教师课堂讲解承担着类似于MOOC中视频讲解的角色, 同时在讲授内容、讲授方式和顺序安排上具有教师个人特色。教学内容设计中, 教师可以借鉴MOOC的这一优点, 将教学知识点分解在10分钟以内, 同时将教学内容讲授与各种多媒体素材紧密结合, 同时配以文字、图片、动画、视频录像、3D模拟等, 通过多媒体资料帮助学生更加直观地理解深奥的理论。比如在讲解CPU中指令执行过程, 可以限制在10分钟以内, 具体到某一种指令, 比如MOV指令的执行过程, 可以辅之以动画的方式讲解。对于一些内容较多的知识点, 可以对知识点进行分解。如图2所示, Cache存储器需要讲解的内容较多, 可以分解为:Cache命中率问题、Cache和主存地址映射问题、Cache替换策略和Cache写策略四个较小的知识点。分解后的知识点可以视情况进行二次分解。当四个知识点介绍完之后, 再将四个知识点串联起来进行归纳总结, 巩固学习效果。

3.2 随堂问答

随堂测验是MOOC的一大特色。虽然不能面对面授课, 但MOOC的随堂测验很好地调动了学生的学习积极性, 使学生及时了解自己的学习效果。随堂测验以自动评分的题型为主, 可以通过在线练习的方式进行, 例如可以是选择题、填空题等。类似于游戏程序中的关卡设置, 学生只有通过随堂测验后, 才能进入下一阶段学习。让学生掌控学习进度, 同时激发学习兴趣。因此, 在课堂教学中, 教师可以借鉴MOOC的这一优点, 通过增加随堂问答环节来了解学生的学习效果。随堂问答题目设置需要具备以下特点:1) 题目内容细致, 通常针对刚刚讲完的知识模块设置考查知识点;2) 题量适中, 在每一章甚至每次课结束后安排随堂问答;根据笔者的教学实践经验来看, 一般每次课结束后随堂问答题量在10个填空题或选择题为佳。随堂问答题量少则无法检查知识掌握情况, 题量多则占用较多的课堂教学时间。在实践过程中, 还可以改为教师提问、学生抢答的形式, 以此激发学生学习兴趣。3) 测试题目针对性强, 题目要能够反映学生对知识点的掌握情况。

3.3 分组交流

在线讨论功能是MOOC的另一特色, MOOC专门设置在线讨论区, 学生可以方便地向教师提问, 也可以与同学一起讨论, 通过讨论深化对知识的理解, 它使得教师与学生、学生与学生之间的交流更频繁、深入。教师在课堂教学中可以将MOOC的这一特点进一步优化。一般的教学班中通常有40人左右, 教师在课堂教学实施过程中可以进一步对学生实行分组交流讨论。例如, 3~5位同学组成一个学习小组, 每组学生分工协作, 共同交流学习心得, 完成教师布置的课后作业或者课程设计。分组交流有利于培养学生的协调能力和团队合作精神。

4. 实施效果对比

基于MOOC的计算机组成原理课程教学设计改革从2013年起至今已经连续实施3届, 均取得了良好效果。

表1列出了近四年 (2012年—2015年) 计算机组成原理教学设计的实施情况和教学设计的评价对比数据。其中2012年 (2010级) 采用传统教学设计, 无随堂测验和分组讨论交流的实施策略, 2011和2012级分别采用随堂测验和分组讨论模式, 2013级采用基于MOOC的教学设计中随堂测验和分组讨论混合实施策略。另外, 成绩良好率由期末考试得分在80分以上的学生人数除以学生总数得到, 学生对课程教学设计的满意度通过随机抽样调查得到。

从表1中的数据可以看出, 分组后学生成绩良好率由未分组时的68.47%提高到80.34%, 另外, 学生满意度也从之前的77.86%提高至92.28%。采用随堂测验后成绩良好率提高到83.67%, 采用基于随堂测验和分组交流混合实施策略后, 成绩良好率进一步提高至89.21%, 学生满意度也有所提高。

综上所述, MOOC特色和课堂教学的优点结合, 采用基于MOOC理念的计算机组成原理课程教学设计改革后, 学生成绩良好率和满意度均得到了显著提升, 明显改善了学生综合能力的培养质量。

5. 结束语

通过总结MOOC课程学习过程和特点, 结合计算机组成原理课程教学实践, 以MOOC理念组织计算机组成原理课程的教学设计。教学实践表明, 基于MOOC特色的分组教学和随堂测验使得学生成绩良好率和满意度均显著提升。

参考文献

[1]王颖, 张金磊, 张宝辉, 大规模网络开放课程 (MOOC) 典型项目特征分析及启示[J], 远程教育杂志, 2013 (4) :67-75。

[2]李东勤, 徐勇, 常郝, 对《计算机组成原理》课程教学的研究和探索[J], 现代计算机 (专业版) , 2014 (1) :42-44, 51。

[3]纪禄平, 罗克露, 计算机组成原理创新型教学方法设计[J], 计算机教育, 2011 (7) :85-87, 91

篇9：计算机组成原理课程设计总结报告

关键词： 《计算机组成原理》 工程思维 教学探索

《计算机组成原理》是计算机科学与技术及信息类相关专业的一门核心课程，这门课程不针对具体机型，而是从计算机系统的组成和结构角度讲述计算机的基本原理，对计算机系统的硬件设计具有理论指导意义。这门课程涉及的基础理论、基本概念较多，有较强的理论性，如果采用一般的教学方法，学生学习起来感到难懂和枯燥，是公认的学习难度和教学难度较高的一门课程。

如何让学生提高对这门课程的学习兴趣、积极思考，努力投入的硬件知识的学习中，我在十多年的课程教学和科研实践中，探索从“工程思维”的角度引领课程教学，取得较好的教学效果，受到学生的欢迎。

一、《计算机组成原理》课程定位

首先，计算机科学与技术专业是一个工科类的专业，它是在计算机这个工业产品出现后，随着计算机软件、硬件技术飞速发展和广泛应用，从而诞生的一个新兴专业。计算机技术的理论、基本原理都和工程技术密不可分。《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业中有关硬件部分的核心基础课程。

从产品设计的角度看，计算机硬件设计本身就是一个工程项目或者工业产品，《计算机组成原理》涉及的理论、原理都是在计算机产品发展过程中总结、归纳、提升出来的。所以在学习这门课程时，不能用一种纯理论的学习方法学习，而是要用一种“工程思维”的方式学习。比如在工程设计过程中，不能只考虑产品的性能，而是要考虑产品功能的扩展性、可维护性、产品性价比。《计算机组成原理》课程中的总线技术、Cache技术都体现了这样一种设计思想和理念。同时计算机的硬件结构随着现代电子技术的不断进步在不断改变，《计算机组成原理》课程内容不断更新。

由于计算机硬件是和工程实际紧密相连的，作为指导计算机硬件设计的《计算机组成原理》这门课程就不能像《高等数学》、《数据结构》、《数字逻辑》等课程一样，只是偏重从理论上讲解，而是要从工程设计的角度讲解才能使得学生听得懂、有兴趣，同时也有更深刻的理解。

二、“工程思维”引领教学的具体实践

用工程思维的方式引领《计算机组成原理》课程教学，是指要求学生站在一个工程师的角度思考如何设计一个计算机系统？在设计一个计算机系统时需要解决哪些问题？把整个课程的知识点融入项目设计中。这样就带出目前计算机系统是如何解决这些问题的？通过老师在学生积极思考后的讲解，从而学到相关的理论和方法。

这种以“工程思维”作为引领的教学方法的好处是真正激发学生的兴趣，使得学生带着问题学习。在学习过程中不是死记硬背一些知识点，而是结合问题实质提出解决问题的方案，真正调动学生的主动性，增强学习效果。最重要的是，通过这种方法学生形成一种“工程思维”的方式，了解工程项目的设计思路和设计理念，为学生今后成为合格的工程师打好基础。

由于目前在校的大学生，都是从学校到学校，几乎没有任何工程设计实践的概念，所以在教学中要不断强化学生的这种意识。

下面我以计算机中数据表示这一节为例，具体介绍“工程思维”引领的教学方法。

在这节中我们首先会告诉学生计算机采用的是二进制。大多数学生知道计算机使用二进制，但到底是怎么回事是模糊的。这时我们结合计算机主板电路告诉学生：计算机使用二进制是因为二进制是最简单的数制，在电路上只要“0”和“1”两种电平状态表示，世界上第一台电子计算机设计时开始是用的十进制，是工程师们的不断实践，发现用二进制设计电路更简单、可靠，因而改进成二进制，这样生活中的十进制数，如果要用计算机处理，必须转换成二进制。

这时学生会疑惑，那计算机既然使用二进制，为什么要学习十六进制？我们接着会告诉学生：这是因为我们在实际研发计算机产品过程中如果书写二进制，一个简单的十进制数用二进制表示会很长，这样工程师在书写过程中很容易出错，转换成十六进制后书写简单得多，而且二进制和十六进制相互转换方法也简单。

我们会继续提问学生：生活中的十进制数可以通过转换成二进制由计算机处理，但生活中还有正数和负数呢？计算机又该如何解决符号问题呢？这样顺势讲解有符号数和无符号数在计算机中的表示。

计算机解决了符号问题，计算机的设计师们面临的问题如何解决小数点问题呢？我们又从这个角度讲解定点数和浮点数的表示，告诉学生工程师们是如何巧妙解决计算机中小数点的表示问题。

接下来讲解数据的原码、反码、补码时学生会疑惑：不是有二进制了吗？原码表示不是很好吗？为什么又要学习补码呢？这时我们会告诉学生：计算机开始设计时是用原码，但是发现，如果计算机用原码设计加法电路时会很麻烦，你必须先比较被加数和加数的符号，然后才能确定是做加法而是做减法，而且运算结果的符号要单独处理。如果在计算机的运算电路中采用补码，其加法、减法会统一成加法，符号位可以参与运算，在不溢出的情况下结果正确。在课堂上，通过一个原码加法和补码加法的例子，学生感到补码加法的神奇，激发浓厚的学习兴趣。

另外在《计算机组成原理》课程讲解“系统总线”一章时，我们结合实际产品中的PCI-E和USB总线，告诉学生如果产品设计过程中使用“总线”方法连接计算机各个部件比用“分散连接”方法连接各个部件，产品的扩展性、易维护性会好得多，这是会计算机系统会广泛采用总线的原因。这种从“工程思维”角度切入的教学，使得理论变得生动有趣，不再枯燥无味。

在讲授“存储器系统”一章的“存储器的层次结构”时，Cache技术涉及工程设计的思想，也就是说这些设计理论都是为了实现产品的性价比，解决存储器速度、容量、价格的矛盾。这些课程的讲解如果不结合“工程思维”，不强调工程设计意识，对于从未参与实际设计过产品的大学生们是很难理解和意识到的。

总之，如果我们带着学生以一个工程师的角色，学习和了解计算机硬件在发展过程中出现的理论、形成的概念和解决方案，这样学生在学习过程中的参与意识会强得多，学习兴趣会浓厚得多。这种站在更高角度来学习的《计算机组成原理》，可以培养学生工程设计的意识，为学生们毕业后从事产品设计、项目开发都打下良好的基础。

三、结语

根据美国工程教育协会的定义：工程是一种把科学和数学原理、经验、判断和常识用到造福人类的产品制造中的艺术，是生产某种技术产品或系统以满足特定需要的过程。计算机就是这样一种产品或系统。所以在和计算机有关的专业知识学习中应用“工程思维”引领是一种必然，我们需要探索“工程思维”在计算机硬件学习中的价值，以增强教学效果，同时使得学生通过课程学习获得未来工作中需要的工程思维方式和工程设计能力。

参考文献：

[1]姚爱红，武俊鹏，李丽洁，李静梅，张国印.“计算机组成原理”教学改革与实践[J].计算机教育，2011（10）：37-39.

[2]王荣良.信息技术课程之工程思维辨析[J].中国教育技术装备，2012（7）：24-26.