计算机组成与结构课程标准

计算机组成与结构课程标准（共9篇）

篇1：计算机组成与结构课程标准

计算机组成与结构

Computer Organization and Architecture

【课程编号】1020216 【总学时数】48 【学 分 数】3 【适用专业】网络工程

【课程类别】专业必修课 【周学时数】4 【先修课程】

一、教学目标

通过本课程的教学，让学生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及控制单元的工作原理进行讨论，使学生掌握有关软、硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件有机连接构成整机系统的方法，为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。

二、教学内容、要求及学时分配

第一章 计算机系统概论 学时：4 教学内容：

1.1 计算机与语言 1.2 计算机的硬件

1.3 计算机系统的层次结构 1.4 电子计算机的发展简史 1.5 计算机的应用 教学要求：

了解计算机的发展概况、现代计算机的特点；掌握计算机的组成及工作过程；理解计算机的分级及技术指标。

重点、难点：计算机的组成及工作过程，计算机的分级 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第二章 计算机的逻辑部件 学时：4 教学内容：

2.1 三种基本逻辑操作及布尔代数的基本公式 2.2 逻辑函数的化简 2.3 逻辑门的实现

2.4 计算机中常用的组合逻辑电路 2.5 时序逻辑电路 2.6 阵列逻辑电路 教学要求：

掌握逻辑代数、门电路、组合逻辑电路的应用及设计；理解触发器、时序逻辑电路；了解阵列逻辑电路。重点、难点：逻辑代数、门电路、组合逻辑电路

实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第三章 运算方法和运算部件 学时：4 教学内容：

3.1 数据的表示方法和转换

3.2 带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减运算 3.3 二进制乘法运算 3.4 二进制除法运算 3.5 浮点数的运算方法 3.6 运算部件 3.7 数据校验码 教学要求：

掌握各种进制及其转换、带符号二进制数在计算机中的表示方法及相互关系；掌握定点数，定点数的加、减、乘、除运算方法及相应的电路实现；

理解浮点数，浮点数的加、减、乘、除运算方法及相应的电路实现；了解数据校验的概念和方法。

重点、难点：进制及其转换，定点数的运算方法及相应的电路实现 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第四章 主存储器 学时：6 教学内容：

4.1 主存储器分类

4.2 主存储器的主要技术指标 4.3 主存储器的基本操作 4.4 读/写存储器

4.5 非易失性半导体存储器 4.6 DRAM的研制与发展

4.7 半导体存储器的组成与控制 4.8 多体交叉存储器 4.9 编址方式

4.10 重叠与交叉存取控制 教学要求：

掌握存储器的功能及大致工作过程以及主存储系统中存在的问题及解决方案；理解主存的重要性、分类、技术指标、基本操作；掌握存储器的扩展。重点、难点：存储器的功能，工作过程

实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第五章 指令系统 学时：4 教学内容：

5.1 指令系统的发展 5.2 指令格式 5.3 数据表示 5.4 指令类型

5.5 指令系统的兼容性

5.6 精简指令系统计算机和复杂指令系统计算机 5.7 机器语言、汇编语言和高级语言 教学要求：

了解运算器、控制器结构的基础上，大致介绍指令的格式、种类及指令的执行过程；掌握指令格式、寻址方式、指令操作码的扩展技术。重点、难点：指令格式、寻址方式、指令操作码的扩展技术 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第六章 中央处理部件CPU 学时：4 教学内容：

6.1 计算机的硬件系统 6.2 控制器的组成

6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.4 微程序设计技术 6.5 硬布线控制的计算机 6.6 控制器的控制方式 6.7 流水线工作原理 6.8 CPU举例

6.9 计算机的加电及控制过程 教学要求：

理解控制器的功能、组成，指令的执行过程；掌握微控制器的工作原理、设计技术；了解控制器的控制方式。

重点、难点：微控制器的工作原理、设计技术

实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第七章 存储系统 学时：6 教学内容：

7.1 存储系统的层次结构

7.2 高速缓冲存储器（cache）7.3 虚拟存储器 7.4 相联存储器 7.5 存储保护 教学要求：

了解存储系统的层次结构，相联存储器，存储保护；理解高速缓冲存储器，虚拟存储器。

重点、难点：高速缓冲存储器，虚拟存储器。

实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第八章 辅助存储器 学时：4 教学内容：

8.1 辅助存储器的种类与技术指标 8.2 磁记录原理与记录方式 8.3 硬磁盘存储器 8.4 软件磁盘存储器 8.5 磁带存储器 8.6 光盘存储器

8.7 硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较 教学要求：

了解各种辅助存储器的原理、组成与使用。重点、难点：各种辅助存储器的原理、组成与使用。实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第九章 输入输出（I/O）设备 学时：4 教学内容：

9.1 外部设备概述 9.2 输入设备

9.3 输出设备――显示器 9.4 输出设备――打印机 9.5 汉字处理技术 教学要求：

了解键盘、鼠标、CRT显示器、打印机的组成和原理。重点、难点：键盘、鼠标、CRT显示器、打印机的组成和原理 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第十章 输入输出子系统 学时：4 教学内容：

10.1 输入输出系统概述 10.2 程序中断控制方式 10.3 DMA输入输出方式

10.4 通道控制方式和外围处理机方式 10.5 总线结构 10.6 外设接口 教学要求：

掌握常用的输入输出方式（程序直接控制方式、中断方式和DMA方式）；掌握中断和DMA的请求、响应和处理过程；了解通道和外围处理机方式的概念和简单原理性用法；掌握计算机总线的组成和运行方式、总线周期、总线等待状态、总线仲裁的概念；了解PC机系统中常用的几种总线类型；掌握计算机能用可编程接口的功能和一般组成部件（中断有关的逻辑线路，DMA接口的特殊组成逻辑线路）；了解一个比较典型的接口电路的功能、组成和具体用法。重点、难点：输入输出方式，计算机总线的组成和运行方式 实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体 第十一章 计算机系统 学时：4 教学内容: 11.1 计算机系统概述 11.2 微机系统

11.3 工作站和服务器 11.4 多媒体计算机

11.5 超级要求归还处理机等 11.6 向量处理机 教学要求: 了解计算机系统概述；理解工作站和服务器的特点及功能。重点、难点：计算机系统

实验课、习题课、讨论课等教学形式：讲授、多媒体

三、教材与学习资源 1.《计算机系统组成与体系结构》 李仁发，彭蔓蔓译，人民邮电出版社，2003年8月第1版

2.《计算机组成原理（第三版）》白中英，科学出版社,2000.11

四、考核方式

平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。平时成绩由任课老师根据平时作业、期中考试及其它考核方式给出。期末考试实行闭卷统考。

五、教学策略与方法建议

以课堂讲授为主，充分利用教材、多媒体课件、参考书，尽可能多采取课堂讲授和学生自学相结合、课内与课外相结合、讲授与提问相结合的教学组织形式和方法；加强课外辅导、答疑，通过习题强化知识点。

篇2：计算机组成与结构课程标准

1.算术 / 逻辑运算单元74181ALU可完成（）。

A.16种算术运算功能

B.16种逻辑运算功能

C.16种算术运算功能和16种逻辑运算功能

D.4位乘法运算和除法运算功能

2.交叉存贮器实质上是一种（）存贮器，它能（）执行（）独立的读写操作。

A.模块式，并行，多个

B.模块式串行，多个

C.整体式，并行，一个

D.整体式，串行，多个

3.在指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式，称为（）。

A.隐含寻址

B.立即寻址

C.寄存器寻址

D.直接寻址

4.中断向量地址是：（）。

A.子程序入口地址

B.中断服务例行程序入口地址

C.中断服务例行程序入口地址的指示器

D.中断返回地址

5.属于发生中断请求的条件的是（）。

A.一次逻辑运算结束

B.一次DMA操作结束

C.一次算术运算结束

D.一条指令执行结束

6.计算机系统中的存贮器系统是指（）。

A.RAM存贮器

B.ROM存贮器

C.主存贮器

D.cache、主存贮器和外存贮器

7.微指令是指（）（）。

A.一段机器指令

B.一条语句指令

C.一个微指令字

D.一条伪指令

8.微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）。

A.每一条机器指令由一条微指令来执行

B.每一条机器指令由一段微指令编写的微程序来解释执行

C.每一条机器指令组成的程序可由一条微指令来执行

D.一条微指令由若干条机器指令组成

9.目前我们所说的个人台式商用机属于（）。

A.巨型机

B.中型机

C.小型机

D.微型机

10.发生中断请求的条件之一是（）。

A.一条指令执行结束

B.一次 I/O 操作结束

C.机器内部发生故障

D.一次DMA 操作结束

11.双端口存储器所以能高速进行读 / 写，是因为采用（）。

A.高速芯片

B.两套相互独立的读写电路

C.流水技术

D.新型器件

12.下列数中最大的数是（）。

A.（10011001）2

B.（227）8

C.（98）16

D.（152）10 13.若浮点数的阶码和尾数都用补码表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是（）。

A.阶符与数符相同为规格化数

B.阶符与数符相异为规格化数

C.数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数

D.数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数

14.在计算机中，信息存储的最小单位是（）。

A.字节

B.字

C.比特

D.字长

15.用某个寄存器中操作数的寻址方式称为（）寻址。

A.直接

B.间接

C.寄存器直接

D.寄存器间接

三、判断题：

1.ROM存储器不能随机访问。

A.错误

B.正确

2.一个指令周期由若干个机器周期组成。

A.错误

B.正确

3.与微程序控制器相比，组合逻辑控制器的速度较快。

A.错误

B.正确

4.多体交叉存储器主要解决扩充容量问题。

A.错误

B.正确

5.所有指令的第一个机器周期都是取指令机器周期。

A.错误

B.正确

16春学期《计算机组成与系统结构》在线作业2

一、单选题：

1.一个256K×8的存储器，其地址线和数据线总和为（）。

A.16

B.18

C.26

D.20 2.已知X为整数，且[X]补 = 10011011，则X的十进制数值是（）。

A.155

B.–101

C.–155

D.101 3.下列有关运算器的描述中（）是正确的。

A.只作算术运算，不作逻辑运算

B.只作加法

C.能暂时存放运算结果

D.以上答案都不对

4.浮点运算器的描述中，正确的句子是（）。

A.阶码部件可实现加、减、乘、除四种运算

B.阶码部件只进行阶码相加、相减和比较操作

C.阶码部件只进行阶码相加、相减操作

D.尾数部件只进行乘法和除法运算

5.下列有关存储器的描述中，不正确的是（）。

A.多体交叉存储器主要解决扩充容量问题

B.访问存储器的请求是由CPU发出的

C.cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于cache

D.cache的功能全由硬件实现

6.为确定下一条微指令的地址，通常采用断定方式，其基本思想是（）。

A.用程序计数器PC来产生后继微指令地址

B.用微程序计数器μPC来产生后继微指令地址

C.通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址

D.通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址

7.设寄存器位数为8位，机器数采用补码形式（含一位符号位）。对应于十进制数-27，寄存器内为（）。

A.27H

B.9BH

C.E5H

D.5AH 8.根据国标规定，每个汉字在计算机内占用（）存储。

A.一个字节

B.二个字节

C.三个字节

D.四个字节

9.设X= —0.1011，则[X]补为（）。

A.1.1011

B.1.01

C.1.0101

D.1.1001 10.计算机与日常使用的袖珍计算器的本质区别在于（）。

A.运算速度的高低

B.存储器容量的大小

C.规模的大小

D.自动化程度的高低 11.用16位字长（其中1位符号位）表示定点整数时，所能表示的数值范围是（）。

A.[ 0，216 – 1 ]

B.[ 0，215 – 1 ]

C.[ 0，214 – 1 ]

D.[0，215 ] 12.用64位字长（其中1位符号位）表示定点整数时，所能表示的数值范围是（）。

A.[ 0，264 – 1 ]

B.[ 0，263 – 1 ]

C.[ 0，262 – 1 ]

D.[ 0，263 ] 13.用16位字长（其中一位符号位）表示定点小数时，所能表示的数值范围是（）。

A.0≤│N│≤1-2-（16+1）

B.0≤│N│≤1-2-16

C.0≤│N│≤1-2-（16-1）

D.0≤│N│≤1 14.存储单元是指（）。

A.存放一个二进制信息位的存贮元

B.存放一个机器字的所有存贮元集合 C.存放一个字节的所有存贮元集合 D.存放两个字节的所有存贮元集合

15.某DRAM芯片，其存储容量为512K×8位，该芯片的地址线和数据线数目为（）。

A.8，512

B.512，8

C.18，8

D.19，8

三、判断题：

1.所有指令的第一个机器周期都是取指令机器周期。

A.错误

B.正确

2.DRAM芯片地址线复用是为了减少芯片引出线的数目。

A.错误

B.正确

3.存储器主要用来存放程序。

A.错误

B.正确 4.可编程的只读存储器不一定是可改写的。

A.错误

B.正确

5.浮点加减运算中，尾数溢出则表示浮点运算溢出。

A.错误

B.正确

16春学期《计算机组成与系统结构》在线作业3

一、单选题：

1.在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（）。

A.主存地址寄存器

B.程序计数器

C.指令寄存器

D.状态条件寄存器

2.设寄存器内容为10000000，若它等于－1，则为（）。

A.原码

B.补码

C.反码

D.移码

3.以下四种类型的半导体存储器中，以传输同样多的字为比较条件，则读出数据传输率最高的是（）。

A.DRAM

B.SRAM

C.闪速存储器

D.EPROM 4.计算机与日常使用的袖珍计算器的本质区别在于（）。

A.运算速度的高低

B.存储器容量的大小

C.规模的大小

D.自动化程度的高低

5.用32位字长（其中1位符号位）表示定点小数是，所能表示的数值范围是（）。

A.[0，1 – 2-32]

B.[0，1 – 2-31]

C.[0，1 – 2-30]

D.[0，1] 6.微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）。

A.每一条机器指令由一条微指令来执行

B.每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行

C.一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行

D.一条微指令由若干条机器指令组成 7.存储单元是指（）。

A.存放一个二进制信息位的存贮元

B.存放一个机器字的所有存贮元集合 C.存放一个字节的所有存贮元集合 D.存放两个字节的所有存贮元集合

8.一个子程序在主程序执行期间可以多次被调用，甚至可以自己调用自己，实现这种调用的最好的办法是使用（）。

A.寄存器

B.堆栈

C.锁存器

D.主存

9.常用的虚拟存贮系统由（）两级存贮器组成，其中辅存是大容量的磁表面存贮器。

A.主存-辅存

B.快存-主存

C.快存-辅存

D.通用寄存器-主存

10.下列说法中（）（）是正确的。

A.半导体ROM信息可读可写，且断电后仍能保持记忆

B.半导体ROM是非易失性的，断电后仍然能保持记忆

C.半导体ROM是非易失性的，断电后也不能保持记忆

D.EPROM是可改写的，因而也是随机存储器的一种 11.已知X为整数，且[X]补 = 10011011，则X的十进制数值是（）。

A.155

B.–101

C.–155

D.101 12.中断向量地址是：（）。

A.子程序入口地址

B.中断服务例行程序入口地址

C.中断服务例行程序入口地址的指示器

D.中断返回地址

13.某DRAM芯片，其存储容量为512K×8位，该芯片的地址线和数据线数目为（）。

A.8，512

B.512，8

C.18，8

D.19，8 14.某机字长64位，存储器容量是32MB。若按半字编址，那么它的寻址范围是（）。

A.64M

B.32M

C.16M

D.8M 15.指令周期是指（）。

A.CPU从主存取出一条指令的时间；

B.CPU执行一条指令的时间；

C.CPU从主存取出一条指令加上CPU执行这条指令的时间；

D.时钟周期时间

三、判断题：

1.与微程序控制器相比，组合逻辑控制器的速度较快。

A.错误

B.正确

2.第一台电子数字计算机ENIAC采用的就是二进制表示数据

A.错误

B.正确

3.存储器主要用来存放程序。

A.错误

B.正确

4.74181ALU内部是串行进位的。

A.错误

B.正确

5.所有指令的第一个机器周期都是取指令机器周期。

A.错误

篇3：计算机组成与结构课程标准

关键词：计算机组成与结构,课程构建,教学创新

《计算机组成与结构》课程是计算机本科专业基础课之一, 在整个计算机专业课程体系中, 具有承前启后的作用。同时, 该课程涉及的内容位于硬、软件的结合处, 不仅与计算机系统结构中的底层数字电路设计密切相关, 还与顶层的操作系统、数据结构等软件技术紧密相连。该课程对于学生全面理解计算机硬、软件之间的关系, 培养对计算机系统的分析、设计、应用及开发能力都起着不可替代的重要作用。

《计算机组成与结构》课程包括计算机的组成原理以及体系结构两大部分内容[1]。计算机组成原理是计算机通用的系统结构使用的一般性的逻辑实现方法;计算机的体系结构介绍了计算机的概念性结构以及功能特点, 明确了计算机软件和硬件的界面。计算机的组成原理和体系结构既有内在的相互联系, 又有外在区别, 所以将其综合到一起, 成为一门基础专业课。

1 教学现状及存在的问题

很久以来, 《计算机组成以结构》成了公认的难教又难学的课程, 很多专业人士不断努力尝试不同的方式想要提高该课程的教学质量[2~4]。该课程到现在存在的一些主要问题是: (1) 学生觉得课程难学, 不容易学会:由于该课程学习难度大、内容相对抽象、学习效果难以立即实践检验, 从而对部分学生的学习积极性产生消极影响; (2) 教材内容无法全面反映该学科最新发展动态:由于计算机学科的高速发展特性, 许多新概念、新技术、新知识无法反映在当前教材中; (3) 课堂教学对多媒体课件的过度依赖。多媒体课件虽然具有直观、表现能力强的特点, 但是在逻辑性强的定量分析教学中, 比起板书等教学方式所具有的细致性和深入性还显现出相当的不足; (4) 实验设计和安排还不够完善:很多学生完全按照本课程实验指导书的步骤完成实验, 并没有真正理解实验的目的和意图; (5) 教师和学生自己对学生能力的培养的认识还不完全到位。

基于以上对《计算机组成与结构课程》的教学过程中存在问题的分析, 结合我校人才培养目标。我们从教学内容设置、理论教学方法、实践教学规划、课程考核制度四个方面具体提出本课程的建设方案。

2 课程构建

2.1 现有教学内容增补与教学计划的安排

教学内容的增补主要集中在三个方面: (1) 本课程的基础知识的补充, 包括逻辑代数基础和逻辑电路的设计方法; (2) 《计算机组织与体系结构》教材内容的补充, 包括指令级并行软硬件设计方法、超线程技术、多处理机同步与通信机制、Cache失效性分析以及计算机体系结构的量化分析方法和设计原理; (3) 最新技术成果的补充, 包括多核处理器技术、多线程技术的最新设计方法和工作机制。

在课程安排上, 要确保实验教学内容和理论教学内容进度保持一致, 其中实验教学和理论教学的可是比为1∶3.5, 所以安排56课时理论教学就要相对应安排16课时实验教学。除此之外, 有经历的学生可以组织参加其他大学生创新实验等, 这样可以把实验教学和理论教学相呼应, 加深印象, 还可以使学生具有一定的实践能力以及创新设计。理论教学计划如下。

(1) 计算机系统概论 (讲授1学时) ; (2) 计算机的逻辑部件 (讲授3学时) ; (3) 运算方法和运算部件 (讲授10学时, 课堂讨论1学时, 实验4学时) ; (4) 主存储器 (讲授3学时) ; (5) 指令系统 (讲授4学时, 实验4学时) ; (6) 中央处理器 (讲授10学时, 实验4学时) ; (7) 存储系统 (讲授9学时, 课堂讨论1学时) ; (8) 辅助存储器 (讲授4学时) ; (9) I/O设备 (讲授2学时) ; (10) I/O系统 (讲授6学时, 实验4学时) ; (1 1) 计算机系统 (讲授2学时) 。

2.2 理论教学方法的改进

在理论知识教学过程中, 将近年来计算机硬件发展的新技术并作为学生课后自学的内容, 注重基础理论与最新技术的融合。另外在教学过程中, 注重与学生的交流互动, 并向学生提出启发式和开放式的问题, 引导学生深入思考。最大限度地克服该课程知识比较抽象, 理论学习比较枯燥的不足。

理论课程全部采用课堂教学方式, 以多媒体课件和板书相结合的方式。在充分发挥多媒体教学动画技术或Flash技术的直观性和生动性优势, 充分展现基础性方法和原理的动态执行过程的同时, 又保留了板书在计算机系统结构定量分析时的细致性和严谨特点。

2.3 实践教学规划

在实践教学方面, 我们在实验内容和实验方式上进行教学改革。在实验内容上, 分别针对基础性原理、综合性知识和创新实验有针对性的开展实践教学。

对于实验方式, 我们的教改措施主要有: (1) 理论教学的老师亲自指导实验, 避免理论教学和实验教学的脱节, 导致实验课马虎过关的现象; (2) 具体实验前, 由老师讲解实验步骤和注意事项。同时鼓励学生在课后通过即时通讯工具或教学平台提供的学生论坛相互交流实验经验和提出问题; (3) 实验的教学检查采用分组答辩的形式, 由学生团队自由组织并分工, 撰写实验报告、答辩PPT及回答提问。

2.4 课程考核制度

理论教学和实验教学单独考核并采用量化考核措施。主要的考核项目为:学生的出勤率 (10%) 、作业完成情况 (10%) 、实验环节 (10%) 、期末考试成绩 (70%) 。

3 结语

近几年来, 针对《计算机组成与结构》教与学的困难, 以及教学效果的不完善之处, 我们对该课程进行深入的探讨, 并在教学中进行大胆的改革尝试, 使得理论教学效果和实验教学质量得以明显提高。很多同学由以前害怕学习《计算机组成与结构》课程转变为对《计算机组成与结构》的怀有强烈兴趣, 并获得了更多直观的体会, 进一步正确理解了计算机组成和计算机体系结构的作用和意义, 达到了我们课程建设的预期目标。

参考文献

[1]郑丽萍, 秦杰, 王献荣.计算机组成原理与计算机系统结构的教学内容衔接[J].计算机教育, 2010 (11) :52-55.

[2]何会民, 潘雪增.“计算机组成与设计”课程教学创新改革[J].高等理科教育, 2007 (4) :74-77.

[3]陈泽宇, 陈笑怡.计算机组成与系统结构国家精品课程建设体会[J].计算机教育, 2010 (12) :127-147.

篇4：计算机组成与结构课程标准

【关键词】计算机组成原理  课程体系  构建

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）09-0247-02

一、课程建设中存在的问题

近年来，多数高等院校计算机科学与技术专业都以必修课的形式开设了“计算机组成原理”这门课程。虽然各院校讲授的内容各不相同，但是他们对该课程的性质、地位、作用及重要性都有了一定的认识。由于“计算机组成原理”课程覆盖的专业较多，因此各校在进行教学时在一些问题上还存在不同的认识，其中的有些问题还需要进一步探索。

二、课程的地位及作用

“计算机组成原理”是系统介绍了计算机组成与系统结构的基本原理、基本设计与实现方法。通过本课程的学习使学生对计算机的组成与系统结构有较全面的认识，使学生从理论和实践上掌握计算机系统的设计与开发的方法，进而提高学生进行计算机应用系统设计开发的能力，培养学生的综合素质。因此，“计算机组成原理”课程在计算机科学与技术专业及相关专业中具有举足轻重的作用。

三、课程体系的构建

（一）课程概述

本课程主要从计算机的基本概念、基本组成结构分析着手，对计算机各个基本组成部件及控制单元的工作原理进行讨论，分析计算机系统的一般特点，使学生掌握有关软、硬件的基本知识，尤其是个基本组成部件有机连接构成整机系统的方法，为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。

（二）课程性质

适用专业类：高等院校计算机科学与技术及相关专业

授课时数：54学时

实践时数：18学时

先修课程：数字逻辑、数据结构与算法、C++语言程序设计。

（三）课程内容

本课程对教学内容的要求分为3个层次，分别是：“掌握”、“理解”和“了解”。对于要求“掌握”和“理解”的内容，要做到概念清楚，原理明白，并具有分析和计算能力，有些内容还要求会应用。“掌握”比“理解”要求更高，有些知识必须熟记。对要求“了解”的内容应当知道基本概念和基本原理。“计算机组成原理”课程体系应由理论知识、实验两大部分组成。

1.理论知识

① 计算机系统概述 （4学时）。主要内容： 计算机系统软硬件的组成与层次结构、 计算机系统的设计技术与评价标准、 计算机的发展和应用。

②计算机的逻辑部件 （6学时）。主要内容：布尔代数的基础知识、 计算机中常用的组合逻辑电路、时序逻辑电路。

③数据表示、运算方法与运算部件 （10学时）。主要内容： 数字化信息编码、 计算机中数据的表示、转换和运算、 二进制乘法和除法运算、 浮点数的运算方法、 运算部件、 数据校验码。

④主存储器 （6学时）。主要内容： 主存储器概述、 读/写存储器、 非易失性半导体存储器。

⑤指令系统 （6学时）。主要内容： 指令格式与数据表示、 寻址方式、 指令类型与指令系统的兼容性、 RISC和CISC、 指令系统举例。

⑥中央处理部件 （6学时）。主要内容： 计算机的硬件系统、 控制器的组成、 微程序控制的工作原理、  流水线工作原理。

⑦存储器系统 （6学时）。主要内容： 存储器系统概述、 高速缓冲存储器、 虚拟存储器、 相联存储器和存储保护。

⑧输入输出系统 （6学时）。主要内容： 输入输出系统概述、 程序中断、 DMA输入输出方式、 通道控制方式、 总线结构、 外设接口。

⑨计算机系统结构 （4学时）。主要内容： 计算机系统概述、 多媒体计算机、超级流水线处理机和超长指令计算机、 计算机网络简述。

理论共54学时，3学分，成绩比例70%。

2.实验

通过做实验让学生加深对所学学科知识的理解和掌握，同时培养学生的动手能力和分析问题的能力，为后续课程的学习奠定基础。具体内容如下：①运算器实验（6学时）②存储器实验（4学时）③微程序控制器实验（2学时）④模型机组成与指令执行实验（4学时）⑤输入输出实验（2学时）。

共18学时，1学分，30%。

（四）课程的重点和难点

重点：掌握计算机的各个组成部件的工作原理。

难点：指令的执行和存储空间的扩充。

四、加强课程构建的具体设想及主要措施

（一）在教学环节中突出本课程的实践环节

“计算机组成原理”是计算机科学与技术类专业的一门重要专业基础课。本课程的学习将为学习“操作系统”、“微机原理”等后续课程和研制开发各种系统和应用软件打下扎实的理论和实践基础，因此可以将“计算机组成原理”课程的知识结构结合相应的实践环节来巩固并加深所需的知识点的理解。在教学过程中，即注重学生基础理论知识的掌握，也注重学生动手能力、设计能力的培养，使本课程在处理知识面的宽度和深度上，既满足作为基础课的要求又达能到课程突出实践环节的特色。

（二）教学方法的整改策略

实验教学分层次组织：以能力培养为宗旨，根据难度分为达到“实验设置基本要求”和“实验设置较高要求”的实验。教师根据学生情况分层次组织实验，既能掌握基础性实验，也能体验有一定难度的实验，使不同程度的学生都能从中受益，并提高学生的学习兴趣。

（三）教学手段的改进

“计算机组成原理”充分地利用了学校网络资源，将教学课件、教辅材料及习题集等资源上网，使学生方便地下载，了解本课程的教学安排、计划和要求、考试题型及考核方式，便于学生课下的复习自学、巩固知识点，并对学生课余主动学习提供了很大的方便。使用这样先进的教学手段，既提高了教学质量，又取得了良好的教学效果。

五、结束语

该课程体系是在分析和研究部分高等院校“计算机组成原理”课程教学实践基础上构建的，但是由于多数院校开设“计算机组成原理”课程授课的学生层次和研究方向、专业特色的不同，教学内容、教学方法、教学手段、实验环节等还处于探索阶段。因此其科学性、合理性和实用性有待实践的进一步检验和完善。

参考文献：

[1]《计算机组成与体系结构》，王诚等编著，北京：清华大学出版社，2003;

篇5：计算机组成原理课程说明

上海开放大学专科通识教育选修课

《云计算入门》课程教学大纲

(2013年2月 审定)

第一部分 课程的性质、目的与任务

一、课程的性质、目的与任务

本课程是上海开放大学开放专科通识教育选修课，课程2学分，32学时。

课程主要介绍云计算的概念与基本理念，发展历史、现状及未来趋势，国内外主要企业的云计算发展战略，云计算架构，云计算的标准化与开源软件，面向个人应用以及面向企业应用的云计算服务。云计算技术以及基于云计算的服务是当前全球信息技术发展的重要方向。

通过本课程的学习，使学生建立对云计算技术及理念的基本认识，了解并理解新时期信息科技发展带来的机遇以及面临的挑战。

二、先修后续课程： 先修课程：无； 后续课程：无。

第二部分 教学内容与要求

第一章 云计算概述（2学时）

一、教学要求

1． 理解云计算的基本概念

2． 了解云计算的特征要素和基本理念 3． 了解云计算的应用

二、教学要点

1． 狭义云计算与广义云计算的概念 2． “云”和“端”的概念 3． 云计算的主要服务形式 4． 云计算的基本理念

第二章 云计算的发展趋势（2学时）

一、教学要求

1． 了解市场对云计算的预期

2． 了解国外主要国家和组织对云计算的支持与推进 3． 了解中国政府的云计算政策 4． 理解云计算发展的原因

上海开放大学《云计算入门》课程教学大纲

二、教学要点

1． 云计算市场未来前景看好

2． 美国、欧盟、日本等主要国家和组织对云计算的支持 3． 中国现阶段云计算创新发展的总体思路

4． 云计算成为技术潮流的内因是“需求+技术+模式”的合理组合

第三章 云计算的发展历史与现状（2学时）

一、教学要求

1． 了解计算技术的发展历程 2． 了解云计算的起源 3． 了解云计算发展的主要障碍

二、教学要点

1． 计算技术发展各阶段的核心思想和基本特征 2． 云计算的发展历史

第四章 国内外主要企业的云计算发展战略（2学时）

一、教学要求

1． 了解国外主流厂商的云计算发展策略 2． 了解国外的产学合作

3． 了解国内企业的云计算发展策略

二、教学要点

1． 国外主流厂商的云计算服务平台与产品 2． 中国主流企业的云计算服务平台与产品

第五章 云计算的架构（6学时）

一、教学要求

1． 理解SOA与云计算 2． 理解虚拟化与云计算 3． 了解云计算的概念架构 4． 了解云计算的技术架构

二、教学要点

1． SOA架构 2． 虚拟化技术

3． 谷歌的云计算技术架构

上海开放大学《云计算入门》课程教学大纲

第六章 云计算的标准化与开源软件（2学时）

一、教学要求

1． 了解云计算研究标准的现状

2． 了解国外主要云计算标准研究组织及其研究方向 3． 了解中国云计算标准研究组织及其最新进展

4． 理解开源软件的基本概念及其在云计算发展历程中扮演的角色

二、教学要点

1． 主要标准研究组织分类 2． 开源软件的概念 3． 知名云计算相关开源软件

第七章 面向个人应用的云计算服务（8学时）

一、教学要求

1． 理解搜索引擎的基本概念 2． 了解主流即时通讯工具 3． 理解社交网络服务 4． 了解微博服务 5． 了解其他云计算服务

二、教学要点

1． 搜索引擎的概念、功能以及分类 2． 发展社交网络的理论依据 3． 微博的特点及定位

第八章 面向企业应用的云计算服务（8学时）

一、教学要求

1． 了解云计算在IaaS中的应用 2． 了解SaaS面向企业应用的实例 3． 了解微博在企业方面的应用 4． 了解搜索引擎在企业中的应用

二、教学要点

1． 混合云模式

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总结（范文）

课程综述论文

题

目 系

部 专

业 班

级 学生姓名

计算机组成原理总结 计算机科学与技术 计算机网络工程 11网络工程（2）

2013 年 12 月 15 日

计算机组成原理总结

内容摘要

本课程学习知识要求高，技术性较强，而且随着应用技术的发展，课程中学习到的新技术应用随时间都在发生变化。所以，学习本课程对我们的计算机硬件基础知识要求较高。

关键词

计算机 原理 总结

课程综述

计算机经过多年的发展。已经在人类的生活扮演着重要的角色，作为一个学习计算机科学与技术专业的学生来说，计算机组成原理的学习是至关重要的，作为计算机科学与技术专业的基础课程，这门课会告诉我们计算机的基本组成及其主要部件的工作原理。通过这门课程的学习可以让我们建立计算机系统的整机概念，理解软硬件的关系和逻辑的等价性。

课程主要内容和基本原理

本段主要讲述了计算机组成原理主要内容和基本原理(1)计算机系统概论

1.冯·诺依曼计算机模型。

1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成；2）存储器以二进制形式存储指令和数据；3）存储程序工作方式；4）五部件以运算器为中心进行组织。

2.计算机系统性能指标:字长，主频，主存容量，兼容性(2)计算机系统的硬件结构

1.存储器的主要性能指标容量，速度，价格

2.半导体只读存储器：掩膜只读存储器ROM可编程ROM（PROM）可擦除和编程的ROM（EPROM）电擦除电改写只读存储器（EEPROM）闪速存储器（flash memory）

3.高速缓冲存储器 工作原理：设置Cache是为了解决CPU和主存之间的速度匹配问题，理论依据是程序访存的局部性规律。映射方式：有直接映像、全相联映像和组相联映像。替换算法：先进先出法（FIFO）“近期最少使用”算法（LRU）

总线

1.总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息传输线；一个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所有部件所接收。系统总线按传输信息不同分为：数据总线（双向，其位数与机器字长和存储字长有关，总线宽度）、地址总线（由CPU输出，单向）、控制总线。

2.串行传输

串行总线的数据在数据线上按位进行传送，只需一根数据线，线路成本低，适合远距离的数据传输。

使用串行通信总线连接慢速设备，象键盘、鼠标和终端设备等。串行传输中的数据转换、发送部件中并行数据到串行数据的转换，称为拆卸；接收部件中串行数据转换成并行数据，称为装配。串行传输中的数据传输速率。

3．并行传输

并行总线的数据在数据线上同时有多位一起传送，每一位要有一根数据线。并行数据传输需要联络控制信号。

4.总线裁决：决定哪个总线主控设备将在下次得到总线使用权的过程称为总线裁决。两类总线裁决方式：集中式和分布式

5.定时问题：如何来定义总线事务中的每一步何时开始、何时结束

6.总线异步通信协议的步骤：请求，响应，撤销请求，撤销响应 异步通信子协议类型：全互锁，半互锁，不互锁

I/O设备

1.I/O接口的功能：（1）数据缓冲（2）错误或状态检测（3）控制和定时（4）数据格式转换；（5）与主机和设备通信

2.I/O接口的分类(1)按数据传送方式分，有并行接口和串行接口(2)可编程接口和不可编程接口(3)按通用性来分，有通用接口和专用接口

3.I/O端口的编址方式

(1)独立编址方式：对所有的I/O端口单独进行编号，成为一个独立的I/O地址空间。(2)统一编址方式：将主存地址空间分出一部分地址给I/O端口进行编号。

4.I/O控制方式类型

1.程序直接控制方式（查询方式）

从I/O接口取得外设和接口的状态，根据状态来控制外设和主机的信息交换。

2.程序中断控制方式

执行相应的I/O指令，将启动命令发送给相应的I/O接口和外设，然后CPU继续执行其他程序。

3.直接存储器存取方式 简称为DMA方式，用于高速设备和主机的数据传送，采用成批数据交换方式。用专门的硬件（DMA控制器）来控制总线进行数据交换。

5.中断： 由于内部/外部事件或由程序的预先安排引起CPU中断正在执行的程序，转到相应的服务程序中去。

6.DMA DMA方式：用专门的DMA接口硬件来控制外设与主存间的直接数据交换，而不通过CPU。控制总线进行DMA传送的硬件接口为DMA控制器。DMA工作方式： CPU停止法(成组传送)、周期挪用(窃取)法(单字传送)、交替分时访问法

指令系统

1.指令一般的格式 操作码OP+ 地址码 A 2.指令字长度：一个指令字包含的所有二进制代码的位数。有等长指令字结构和变长指令字结构。3.指令系统性能的指标

指令所占存储空间是否尽可能小；表现在指令中代码密度是否高、信息冗余量是否少；

4.寻址方式：立即寻址，直接寻址，间接寻址，相对寻址，基址变址寻址，隐含寻址方式

5.指令系统设计的基本思路

任务是确定所有机器指令的格式、类型、操作以及对操作数的访问方式。出发点是提高指令系统的性能/价格比。

6.堆栈是一种按特定顺序访问的存储区；其特点是后进先出(LIFO)或先进后出(FILO)。

(3)中央处理器

CPU=寄存器(PC、IR)+CU+ALU+中断系统 1.CPU的四种基本功能：

存储器读：读取某一主存单元的内容，并将其装入某一个CPU寄存器；存储器写：把一个数据字从某一CPU寄存器存入给定的主存单元中；把一个数据字从某一CPU寄存器送到另一个寄存器或者ALU；进行一个算术运算或逻辑运算，将结果送入某一CPU寄存器或存储器。

2.控制器三种时序控制方法：同步，异步，联合控制方法 3.指令ADD R3，R1的执行控制序列

4.决定CPU性能最重要三个因素：指令的功能强弱，时钟周期的长短，执行每条指令所需时钟周期数。

5.微指令的格式：水平型微指令和垂直型微指令。

编码：1）直接表示法 2）分段直接编码法 3）字段间接编码法

心得体会

在上计算机组成原理课程的时候，虽然准时去上课，很认真的听课，但是《计算机组成原理》这门课程难度十分大，在学习这门课程时，我遇到过许多困难，这并不可怕，因为只要我们敢于面对，团结合作，就没有解决不了的问题。在学习过程中，我们需要互相学习，互相帮助、互相鼓励。在学习的时候，要善于把自己好的想法给大家分享，不会的时候要虚心向同学和老师请教。

总结

计算机组成原理课程主要教授了了解计算机各部件的组成原理，工作机制以及部件之间的相互关系；加强硬件分析和设计的基本技能和方法，提高硬件方面专业素质和发展潜力；培养和提高计算思维能力。

参考文献

篇8：计算机组成与结构课程标准

一、教学内容组织

作为计算机专业本科教学阶段的专业基础课, 多年来已形成了较为稳定的教学内容, 国内外出版的相关教材不少, 其中不乏较经典的优秀教材。目前国内主要有两种教材:一是《计算机组成原理》, 二是《计算机组成与结构》。应用于两种不同的课程设置模式:一种是由数字逻辑与数字系统, 计算机组成原理, 计算机体系结构三门课程组成;另一种是数字逻辑与数字系统, 计算机组成与结构两门课程组成。各学校根据自身特点和专业定位选择课程设置模式, 学校在2013教学计划之前均采用第一种模式。教育部高等学校计算机科学与技术指导委员会制定的专业规范, 将计算机科学与技术专业分为三个方向:计算机科学方向、计算机工程方向和计算机应用方向。专业规范将计算机组成原理和计算机体系结构分列为核心课程。目前苏州科技大学计算机科学与技术专业定位在工程型, 包括软件工程和计算机工程, 但偏重于软件工程。参考专业规范和国内其他院校情况, 结合专业定位, 我们对教学计划作了较大修改, 将过去的《计算机组成原理》和《计算机体系结构》两门课, 合并为“计算机组成与结构”一门课程, 也就是改为上述的第二种课程设置模式。这样, 教学内容既包括计算机的组成及工作原理, 也包括计算机体系结构相关内容定性分析和定量分析, 同时涉及并行计算机的内容, 这无疑进一步增加了课程的难度。

计算机组成与结构课程教学内容基本围绕冯诺·依曼五个组成部分展开。国内外高校在课程的教学内容上差别基本不大, 但在内容的组织和知识的层次化推进方面存在一定的差别。教学内容包括:计算机组成与结构概述、数的表示与运算方法、指令系统与汇编语言、存储器的层次结构、主存储器、高速缓冲存储器、外部存储器、虚拟存储器、CPU的组成与结构、数据通路、硬接线设计方法、微程序设计方法、指令流水线技术、总线技术与I/O技术、多处理技术、性能提高 (超标量、预取、分支预测等) 、VHDL&FPGA等。文献描述《计算机组成原理》课程的教学内容不涉及多处理技术及性能提高两部分, 但在计算机组成与结构课程中要涉及。虽然知识点基本固定, 但涉及具体内容时要不断更新, 紧跟前沿技术。计算机技术发展速度很快, 新技术新理论从提出到实际应用的周期大大缩短。如何在有限的教学时间内, 在学生理解掌握基本知识技能的基础上引入新知识、新技术的教学内容增强学生的学习兴趣, 使学生能够利用基本原理解决在学习过程中所遇到的新问题, 也是这门课程的教学内容的关键部分。因此, 在内容的选择上包括两个方面:其一, 在课堂教学过程中, 讲授计算机各部件和系统的组成原理以及内部工作机制, 及时引入各部件的最新研究成果和技术应用, 如在讲授运算器部分时, 及时用阵列乘法器取代了串行乘法器的内容;在讲授CPU部分时, 引入诸如流水线、超标量及乱序执行等新技术加以分析介绍;在讲授总线部分时, 介绍总线串行化的趋势及最新技术, 比如SATA、PCI Express等。其二, 实践环节中, 及时引入最新的设计实现方法和技术, 如利用EDA技术完成各功能部件的设计, 以及模型整机的设计调试。

二、课程能力培养

《计算机组成与结构》课程的教学, 一方面要传授计算机硬件知识以及计算机设计的基本知识;另一方面是要重视理论知识与实践过程的结合, 重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。本课程着重培养学生关于计算机硬件系统方面的三种能力:即计算机硬件系统的认知能力、设计能力与创新能力。课程主要通过对计算机各功能部件的组成及运行原理的分析、讲解和配套实验, 培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。课程通过数据的机器表示、运算方法及运算部件的组成等知识点的讲解和实验, 使学生掌握计算机的运算特征;通过指令系统的相关知识的学习, 使学生掌握计算机系统汇编级的结构特征和基本操作描述方法;通过存储系统的详细讲解和实验, 使学生能从容量、速度和成本的角度理解多层次存储系统的组织结构和工作原理;通过CPU及控制单元的功能和结构的详细分析, 结合指令执行的深入讲解和实验, 使学生理解计算机系统指令执行的实质和控制单元的基本实现方法;通过总线、输入输出接口及外部设备等知识的讲解, 使学生了解计算机系统内部、计算机系统与外部的交互方式。在培养学生对计算机硬件的系统级认知能力的基础上, 通过对运算部件、存储系统、指令系统、控制单元、整机硬件系统的设计方法等知识的讲解, 结合相应设计实验, 培养学生对计算机硬件系统的理解和设计能力。在设计能力培养的具体方式上, 可通过课堂讲授、课后练习、配套实验等形式分层次实现。课堂讲授可重点介绍系统和部件的设计方法和设计过程等内容;课后练习可进行框架性设计;配套实验可围绕规范、典型的模型系统, 从功能部件的实现开始, 直至最终设计出一台具备基本运算能力和存储能力、支持有限指令集的计算机设备。从而达到验证功能部件和系统的功能, 掌握必要的硬件描述语言、设计工具及仿真环境, 体验计算机硬件系统的设计过程, 掌握相关硬件设计技术与方法等目的。课堂教学和实验应努力为培养学生的创新意识和创新能力打下基础, 课程在培养学生认知和设计能力的基础上, 可通过计算机硬件系统不同阶段面临的问题及其技术发展的分析和探讨, 体会在特定的技术条件下的创新思维;针对计算机硬件系统面临的新问题和新需求, 结合新技术的介绍, 畅想未来的技术发展趋势, 引领学生突破思维定势, 以此培养学生的创新意识。

三、教学方法改进

计算机科学与技术发展日新月异, 所涉及的知识体系处于一个不断淘汰更新的动态过程中。在教学过程中, 采用启发式教学方法有助于启发学生充分思考计算机硬件系统发展不同阶段的需求、基本背景和应解决的本质问题, 从而达到不但能够传播课程的知识, 而且也能够传播一种正确的科学研究方法的目的。课程教学既要使学生掌握课程知识, 又要让学生了解与课程内容相关的领域曾经所面临的技术问题, 以及所采取的解决思路, 培养学生“发现问题、分析问题、解决问题”的能力, 这种启发式研究型教学方法, 非常适合于该课程的教学。即使对于定位于计算机应用型的计算机专业本科教学, 在部分核心课程中引入启发式研究型教学方法, 对学生整体能力的培养也是非常有益的。比如讲授计算机中数据的表示方法这部分内容时, 如果只是简单地讲授计算机中各种类型数据的表示方法, 容易使学生只知其然而不知其所以然。讲授过程中提出问题引导学生思考, 比如计算机为什么使用二进制?符号如何表示?小数点如何表示?各种符号如何表示?为何引入无符号数和带符号数?计算机如何区分无符号数和带符号数?通过讲解前人分析这些问题的思路和解决这些问题的过程, 学生不但能够加深理解, 还可以从中体会到科学研究的一些思路和方法, 进而从计算机只能表示“0”和“l”这两个基本概念入手, 引导学生思考计算机如何充分利用“0”和“l”来表示抽象的概念和具体的形象, 进一步让学生思考计算机中数值的表示、非数值数据的表示应解决的问题, 使学生充分理解定点数、浮点数、有符号数和无符号数, 以及各种字符编码、检错纠错码的意义和应用, 让学生主动去发掘计算机中数值和符号表示的根本问题, 站在不同角度深刻领会, 还可以结合高级语言中的变量类型定义和各种类型变量占内存大小和表示数的范围等方面的知识, 使学生能够从高级语言和机器实现相结合的角度, 理解程序变量类型的规划对程序性能的影响等知识, 将所学知识融会贯通, 如在讲授IEEE754标准时, 要求学生用C语言设计程序验证PC机所采用的浮点数格式和IEEE754标准表示Nans和无穷大的方法。再比如, 在讲授指令系统与中央处理器相关内容时, 通过对CISC和RISC的发展历史、产生原因及存在的问题的分析对比, 引导学生深刻领会计算机指令系统的设计对计算机性能的重要影响。结合控制器设计时采用的两种方法微程序设计和硬布线设计, 揭示指令系统设计与控制器设计的内在联系, 通过讲解控制器设计方法的发展过程, 揭示计算机设计中的否定之否定螺旋式向前发展的规律。实践证明, 启发式研究型教学方法对提高学生学习兴趣、帮助学生深入的理解和掌握课程内容、培养研究兴趣和能力等方面都是大有裨益的。

四、教学手段改革

计算机组成原理课程的教学内容具有较强的抽象性和技术性, 传统教学手段无法直观形象地描述计算机内部组成的工作过程和原理, 教学内容难以通过课堂讲授完全被学生理解和掌握。为此, 制作了电子教案, 开发了多媒体课件。电子教案可以加大课堂教学的信息量, 多媒体课件的动画形式可以将计算机的比较抽象的工作原理和工作过程直观形象地表示出来, 可以直观地将各部件内部每一步的信息流动过程以生动形象的方式展示在学生面前。例如在讲授流水线技术时, 利用上述辅助教学手段可以让学生更清楚地看到在时钟的控制下多个子任务流过流水线各个任务段的过程。教学手段的改革更能发挥学生的能动性, 提高学生的学习兴趣, 使枯燥乏味的教学变得生动活泼, 比较抽象的概念变得十分明确直观。此外, 还建立了计算机组成与结构教学资源网, 补充和扩展课堂教学内容, 提供网上答疑、网上习题课等内容, 开辟生动活泼的课外学习天地, 帮助学生课后复习和提高学生学习兴趣。

五、实践环节改革

实践教学是《计算机组成与结构》课程教学内容的一个十分重要的环节。通过实践教学, 学生可以在实际操作中深入到计算机的内部, 查看测试各主要信号与部件的工作状态, 亲手修改已实现的设计, 增加自己的新设计, 把理论知识与实践相结合, 加深对理论知识的理解和掌握;通过实践教学, 可以培养学生的实际动手能力, 提高学生的学习兴趣, 增强学生的创新意识。为了达到这些目的, 我们对实践教学环节进行了彻底的改革, 在近年的教学实践中获得较为满意的效果。

(一) 改变传统的硬件实验模式。

随着EDA技术的发展, 系统仿真技术日趋完善, 针对电子设计业界对人才培养能力的普遍认同标准, 必须强化学生电子设计自动化 (EDA) 技能的培养。如果仍以过去那种人工设计、焊接、安装, 再利用示波器进行调试为主的工程设计的传统方法去培养学生, 其后果是培养的学生不能适应社会的需要。现代工程设计, 特别是计算机和通信两大领域, 自动化设计 (即EDA) 技术是核心、是关键。模拟、仿真直至虚拟设计是主要设计手段和发展趋势。将这种新技术引入实验教学是完全必要的。基于以上考虑, 将EDA技术引入了《计算机组成与结构实验》教学, 将原来验证性实验全部改为设计性实验。新知识、新技术的引入, 吸引了学生的注意, 提高了他们的实验兴趣, 并使得学生在没有专门开设EDA技术实验课的情况下就能掌握最新EDA实用技术。

(二) 设定实验教学内容。

《计算机组成与结构实验》课程是让学生掌握计算机的组成原理以及CPU的设计方法。要让学生能够设计并实现CPU的功能, 学生必须深刻理会CPU的各个功能部件是如何工作, 以及相互之间是如何配合构成CPU的。为达到教学目的, 只有EDA工具是不够的, 还必须配以精心选择的实验项目。我们设计的实验项目包括CPU的各个功能部件以及一个完整的教学用CPU的设计, 前者可以作为课内实验, 后者可作为课程设计项目。主要项目有:编码实验, 如CRC码、BCD码等;运算部件实验, 如加法器、乘法器、除法器等;时序部件实验, 能够产生CPU运行所需要的所有定时信号;通用寄存器组实验;算术逻辑单元实验;存储器实验;指令译码器实验;微程序控制器实验;硬布线控制器实验等;完整CPU设计实验等。其中后三个实验项目需要较多时间, 可以作为课程设计的项目, 其余的实验项目计划课时为64学时。这些实验环环相扣, 由简单到复杂进行模块化设计, 最后相互关联形成一个完整的CPU。这样的安排使得学生能够循序渐进地、由浅入深地掌握CPU的工作原理及设计方法。

六、结语

《计算机组成与结构》课程是公认的枯燥和难学的专业核心课程, 而且计算机技术发展很快, 课程的教学内容需要不断更新, 只有不断的探索和改进教学方法和教学内容才能够达到比较好的教学效果。结合多年的教学实践, 本文从内容更新、教学方法改进、实验教学改革等几个方面谈了一些粗浅的看法, 提出了启发性研究型教学和利用EDA进行实验教学等方法, 并在教学过程中获得比较满意的效果。通过几年课程教学改革, 提高了课程的教学水平和教学质量, 促进了课程的建设与发展。但是, 教学改革涉及教学活动的各个方面, 诸如专业定位、教学计划、广大学生和教师自身素质发展和提高、教学组织和管理工作等。因此, 教学改革是一个逐步深化的长期过程, 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] .教育部高等学校计算机科学与技术指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范 (试行) [M].北京:高等教育出版社, 2009

[2] .刘旭东, 熊桂喜.“计算机组成原理”的课程改革与实践[J].计算机教育, 2009

[3] .教育部高等学校计算机科学与技术指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M].北京:高等教育出版社, 2009

篇9：计算机组成与结构课程标准

关键词:计算机组成原理;课程改革;实践教学

一、引言

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业和软件工程专业的专业主干课,本课程围绕计算机的5大部件全面地阐述计算机的组成和工作原理,以及各大部件之间的关系,进一步引申出各大部件的设计实现方法。

在教学过程中发现,学生在学习这门核心课程的过程中普遍感到很吃力,究其原因,是因为《计算机组成原理》这门课本身在计算机科学与技术专业的系列课程中起着承上启下的作用,涉及内容较多。另外,这门课程还是一门强调动手实践能力的课程,由于硬件课程实践本身的复杂性,从而降低了学生的学习兴趣,导致学生“重软件、轻硬件”的现象。为此,针对本课程教与学中存在的问题,《计算机组成原理》课程组全体教师对教学内容、教学方法、实践环节进行了改革,以提高教学质量和教学效果。

二、教学内容的改革

为了更好的提高教学效果,在教学内容上提出了:选用优秀教材,去繁就简强调基础,以“计算机整机的概念与设计”为核心,理论实践并重的教学理念。

1.选用优秀的教材。

教材是学生接触这门专业课程的第一份资料,教材的优劣直接影响到学生的学习兴趣。好的教材最基本的要求应该是具有良好的可读性。首先要求教材要主线清晰、组织衔接合理得当,应该能够把一个深奥的问题说的浅显易懂,这样,对于基础不深的学生也可以理解;其次要求教材应该涉及面广泛,尤其要及时引入本专业的前沿知识;第三要求教材具有权威性,要选用国家级规划教材。如果教材的可读性良好,学生自学也可以完成,那么无疑培养了学生自我学习的兴趣和能力,对以后他们的工作学习都会有极大的帮助。

目前,我们选用的是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,国家精品课程主讲教材《计算机组成原理(第二版)》,该教材出版于2008年1月,作者唐朔飞长期从事计算机科学研究工作,她主编的《计算机组成原理》曾经获得教育部2002年全国普通高校优秀教材二等奖,2005年以该教材为核心的“计算机组成原理”课程被评为国家精品课程。

2.以知识结构为基础,合理安排教学内容。

要很好地组织教学,必须合理地组织知识结构,研究课程内容的联系,精炼出课程、章、节等各层的知识结构,构建一个知识的层次框架,形成知识的逻辑关系,逐步展开各层次的知识点的教学。在组织教学过程中,应该合理安排教学内容,重点难点多讲细讲,重要概念、重要原理讲细讲透,使学生能很好地理解和掌握;易懂的内容少讲粗讲,有些问题交给学生课下解决。

3.理论实践并重。

教学实践是计算机组成原理课程教学内容的一个十分重要的环节,经过计算机组成原理的课程学习,学生应该了解整个计算机的组成原理、工作过程及设计方法。在课程的教学过程中,采用了理论指导实践、实践促进理论教学的改革方案。最典型的例子就是在讲授控制器原理的部分,为了便于学生理解,在课堂上为学生设计了一个与实验用模型相同的模型机,充分做到让学生了解计算机的每个部件。这样即促进了学生的理论学习,也促进了学生的实验学习,二者互补并重。同时,在设计CPU的过程中涉及到数据表示、指令系统、运算电路、控制方式、指令流程、微操作流程等等的知识恰好可以与此前所学的理论知识呼应,做到了“学而时习之”。

此外,我们还时时注意在授课过程中引入新技术新理论,把基础理论知识和新技术、新知识有机的结合在一体。

三、教学方法的改革

在教学方法上我们提出了:采用“任务驱动”教学法拓展学生思维,采用CAI课件增加学生记忆,采用网络资源巩固学生知识的方法。

1.采用“任务驱动”教学法拓展学生思维。

为了提高学生对知识的理解,采用“任务驱动”的方式来拓展学生思维。具体方法是在学生充分掌握了基础知识的前提下,增加课堂讨论思考题目。

例如:运算器是计算机组成的五大部件之一,是《计算机组成原理》这门课程的重要部分,由于教学时间紧张,我们在讲明运算器的工作原理的基础上,要求学生自行设计运算器电路,以及运算器中的移位器电路。学生在自己设计电路的过程中对运算器的工作原理进行深入思考,使细节问题清晰化明朗化,既学到了知识,又提高了创新能力。

再例如:指令译码器是计算机控制器中的一个重要器件,通过它对指令进行译码,决定控制器对运算器的控制。译码器的电路直接影响到控制器的工作情况,也就影响整个CPU的效率,学生通过设计译码器,可以拓展思路,加深对控制器功能的思考,提高学习兴趣。

通过这样的训练,提高了学生的创新能力,形成了教与学的互动。

2.采用CAI课件增加学生记忆。

《计算机组成原理》这门课中,涉及到的知识点多,运用的方法也比较复杂,为了能够让学生快速的记忆各个知识点,我们在讲授过程中结合实际情况适当增加了一些CAI课件辅助教学。

例如在定点数乘法除法的运算中,增加了CAI课件使学生更直观地看到了该运算方法执行的过程,再例如在控制器部分,通过CAI课件显示出指令流、数据流流动的方向,便于学生加深对知识的理解。

3.采用网络资源巩固学生知识。

随着信息社会的发展,网络成为了一个新的巨大载体,各高校都组建了自己的校园网络。为了巩固学生所学的知识,我们也建立了《计算机组成原理》网络资源,资源中有教学笔记,教学课件,课后练习及答案等。教学笔记是课程组教师的学习笔记心得,即可以作为青年教师的教学指导也可以做学生的参考资料,更有利于对教材的理解。课后练习可以提供给学生一个自主练习的机会,因为每道习题都配有详细答案,充分弥补了课堂上讲解例题较少的缺憾。

此外,我们还注重学生双语方面的能力,由于课程内容较难,我们只采取了关键词用双语的初级双语模式,为学生以后阅读外文资料奠定基础。

四、实践教学的改革

实验、课程设计环节是教学工作的一个重要环节,是学生把理论知识与实际应用结合的机会,作为计算机科学与技术专业的核心课程,《计算机组成原理》这门课程必须开设课程设计。

课程组先后开发了《计算机组成原理创新性实验仿真系统》和《计算机组成原理课程设计实验仿真系统》,前者可以支持创新性实验,实现了让计算机硬件“动”起来的目的,后者可以在仿真系统上,进行CPU的设计,实现了一个能“算”起来的小型计算机系统。通过创新性实验和课程设计把原本枯燥的理论知识变成了灵活的应用,使学生的理解能力增强了,学习兴趣提高了。通过这些仿真系统进行课程设计,使学生综合分析问题和解决问题的能力得到了很大的提升,在这个环节中,教师可以因材施教,根据不同层次的学生安排相关难度的题目,充分发挥出学生的创新潜能。

目前,学院开设了Verilog HDL硬件描述语言课程,课程组利用新的实验设备进行真正的CPU设计,实现真正的小型计算机系统。把学生分成若干小组,按CPU模型理论设计、CPU模型Verilog HDL软件设计、Verilog HDL软件调试分工,每组3人,共同设计一个8位或16位的计算机系统。此课程设计独立设课,独立核算学分。这不仅促进学生的理论知识、实践能力,也是对他们合作能力的一种考察。

五、结束语

近几年来,课程组全体教师对《计算机组成原理》课程进行改革与实践,本课程正朝着理论与实践结合更紧密,课程内容更完善的目标前进。2002年,《计算机组成原理创新性实验仿真系统》获黑龙江大学教学成果二等奖;2006年,《计算机组成原理》课程被评为黑龙江大学校级精品课;2007年,《计算机组成原理课程设计实验仿真系统》获黑龙江大学CAI课件成果二等奖。课程组全体教师正在为早日使《计算机组成原理》课程成为黑龙江省省级精品课而努力。

参考文献:

[1]唐朔飞.计算机组成原理(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]易小琳,彭一凡.基于Verilog HDL的流水线模型机的设计与实现[J].北京工业大学学报,2007(10):1096-1101.

[3]易小琳,朱文军,鲁鹏程,等.计算机组成原理实践教学的研究[J].计算机教育,2006(8):152~154.