实验四 计算机组成原理（推荐11篇）
袁晓辉
200800834211
uPC实验
实验要求：
利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现微程序计数器uPC的写入和加1功能。实验目的：
1.了解模型机中微程序的基本概念。2.了解uPC的结构、工作原理及其控制方法 实验说明：
74HC161是一片带预置的4位二进制记数器。功能如下：
当 RST = 0时，记数器被清0
当IREN = 0时，在CK的上升沿，预置数据被打入记数器
当IREN = 1时，在CK的上升沿，记数器加一
TC为进位，当记数到F（1111）时，TC=1
CEP，CET为记数使能，当CEP，CET=1时，记数器工作，CEP，CET=0时，记数器保持原记数值 时序电波：
实验1：A、W 寄存器实验
实验电路：
实验步骤：
一、按照下列连接线表连接电路
PC实验
实验要求：
利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现程序计数器PC的写入及加1功能 实验目的：
1.了解模型机中程序计数器PC的工作原理及其控制方法。2.了解程序执行过程中跳转指令的实现方法。实验说明：
PC是由两片74HC161构成的八位带预置记数器，预置数据来 自数据总线。记数器的输出通过74HC245（PCOE）送到地址 总线。PC值还可以通过74HC245（PCOE_D）送回数据总线。在COP2000中，PC+1由PCOE取反产生。
当RST = 0时，PC记数器被清0
当LDPC = 0时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC记数器
当PC+1 = 1时，在CK的上升沿，PC记数器加一
当PCOE = 0时，PC值送数据总线 当ELP=1时，LDPC=1，不允许PC被预置 当ELP=0时，LDPC由IR3，IR2，Cy，Z确定
当IR3 IR2 = 1 X时，LDPC=0，PC被预置
当IR3 IR2 = 0 0时，LDPC=非Cy，当Cy=1时，PC被预置
当IR3 IR2 = 0 1时，LDPC=非Z，当Z=1时，PC被预置 实验电路
实验步骤：
一、按照下列连接线表连接电路
心得体会：
高等学校具有人才培养、科学研究、社会服务三大职能[1]。作为地方性院校, 笔者学校计算机科学与技术专业一直以培养服务一线的应用型人才为目标, 因此, 学生的实践能力培养尤为重要。《计算机组成原理》是计算机专业的核心基础课, 要求学生掌握CPU的硬件原理与结构, 通过实验为学生理解和分析硬件系统起到很好的铺垫作用, 在整个课程体系中占有重要地位。该课程具有涉及面广、抽象性强和学习难度大的特点[2], 往往理论课教学显得枯燥乏味, 学生理解原理也显得吃力。实验教学有助于化抽象为具体, 通过实际的时序电路、寄存器、运算器、存储器、控制器等单元的展示, 培养学生的学习兴趣, 提高学生的实践能力。
1 以培养学生设计能力为课程目标
(1) 在掌握实验原理的基础上, 以培养学生CPU设计能力为实验目标。目前实验室开设8个实验项目, 其中自行开发项目2个, 综合性实验项目1个。实验室开设的实验包括累加器实验、寄存器组实验、运算器实验、程序计数器实验、存储器实验、微程序控制器实验。计算机组成原理实验是学生实践能力培养过程中的重要环节, 其主要任务就是要求学生掌握CPU的硬件结构与原理, 培养学生的CPU设计能力, 同时在设计电路的过程中为后续学习嵌入式技术打下基础。计算机组成原理开设于电路原理、数字电子技术课程之后, 这时学生具有了一定的电路分析能力和简单电路的设计能力。在实验课程讲授过程中, 重点讲解实验原理和电路的设计原理, 结合学生之前的硬件基础把电路分析透彻。在做完寄存器组实验、运算器实验、存储器实验后, 可以把学生分组, 例如一组6名同学, 由基础较好的学生担任组长, 进行电路图的设计。在课余时间, 由组长组织成员进行电路板的焊接制作、调试完成, 最后组织学生对作品进行总结讨论, 提高学生的实践能力。
(2) 充分利用课余时间, 进行CPU设计实践能力培养。大学生活有大量的课余时间, 大部分学生特别是低年级学生往往在课余时不知道学什么, 没有学习目标。在实验课堂教学学生掌握了计算机主要组成部件工作原理、基本分析与设计方法, 因此, 可以利用课余时间进行CPU制作, 学习时序电路的产生、寄存器组、运算器、存储器、PC计数器的制作, 使学生对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力得到训练和提高。在课堂上完成电路图的绘制, 在课余时间, 完成电路的制作与调试, 并逐步把数字电路设计扩展到基于FPGA的设计, 从8位CPU的设计扩展到16位CPU的设计, 把实践教学延伸到课外。此外, 设计的作品可以反馈到实验课堂上, 作为实验系统的有益补充。课外实践活动项目如表1所示。
(3) 积极开展开放性实验、学科竞赛, 不断提高CPU设计的深度。实验室开放[3]指学生可以通过预约方式进入实验室进行选修实验, 或者进行一些个人兴趣实验和创新实验。学科竞赛是培养大学生综合素质和创新精神的有效手段和重要载体, 对于营造创新教育的良好氛围, 培养学生的创新精神、协作精神和实践能力, 激发学习兴趣和潜能具有重要作用。通过开展开放性实验和学科竞赛, 挖掘学生的创新思维。例如运算器、存储器的设计可以从数字电路设计到CPLD设计, 再到FPGA设计, 不断提高科技活动的广度和深度。
2 构建分级实验项目体系
在计算机组成原理实验中, 不同实验模块对培养学生能力具有不同效果。为了加强学生能力培养的层次, 实验室把所有实验项目按照能力培养层次进行分类, 形成三级实验教学体系, 即基本模块实验、综合性实验、设计性实验, 对学生能力进行分级培训, 逐步提高。
基本模块实验以验证型实验为主, 包括寄存器实验、运算器实验、存储器实验等, 主要是让学生学习CPU基本单元模块的组成, 理解单元模块的工作原理。本阶段是能力培养的基础阶段, 为后续的综合性实验和设计性实验做好铺垫。综合性实验阶段以综合型实验为主, 包括微程序控制器实验, 主要教学目标是建立计算机组成概念, 是能力培养的提升阶段, 也是关键阶段。设计性实验阶段是学生应用能力的培养阶段, 能对实际应用问题提出解决方案。要求学生在弄懂原理的基础上, 自主设计实验所用的电路单元模块以及实验步骤, 并进行功能实现。学生在这一阶段, 通过自主实验的设计、电路图的绘制、电路板的焊接、调试等一系列环节, 不断提高自身实践能力。
3 优化实验教学内容, 提高学生学习能动性
(1) 优化实验内容激发学生学习兴趣。每一个实验项目都预留有学生发挥的空间, 充分发挥学生的主观能动性和创造性。每一个实验项目都有一定的功能, 每一步都有实验结果, 这样不但可以化抽象为具体, 化枯燥为生动, 加深对实验原理的理解, 而且让学生每次做实验都有成就感, 对下次的实验感兴趣、有信心。
(2) 采用以学生为主的授课模式, 调动学生学习的能动性。优化实验教学内容, 在有些实验项目的教学中, 讲授完实验原理之后, 把学生分组, 由组长带领成员按照实验步骤分析实验现象, 掌握实验原理, 从而提高学生的自主学习能力。
4 改革实验考核办法
《计算机组成原理》实验成绩是整个计算机组成原理成绩的组成部分, 如果实验课程成绩不及格则整个课程不能通过, 且不允许学生参加期末理论课程考试和学期初安排的补考, 加大学生对实验课程的重视程度。实验成绩分为平时表现成绩、实验报告成绩、实验考试成绩。平时表现成绩由课内实验表现成绩和课外实践表现成绩综合而定, 根据课外实践项目的增加逐步加大成绩比重。实验考核方式为抽题方式, 确保每名学生的考题不同, 从而加大实验考试的难度, 题目包含课内实验项目和课外实验项目。考核时学生需得出正确的实验现象, 记录实验的设计方法、实验步骤。
5 改革实验教学方法
将实验教学过程分为4个阶段:实验预习[4]、实验操作、实验重现、实验报告。实验预习是计算机组成原理实验前必不可少的一个重要环节, 它能使学生在实验前对本次实验原理有一定的认识, 对本次实验步骤与现象有一定的了解。实验讲解由于受时间的限制, 一般为20分钟左右, 因此要在有限的时间内讲好实验原理和实验操作方法, 实验教师要抓住重点, 言简意赅, 并注重在讲授过程中与学生互动, 发挥学生的主观能动性。实验操作是实验成功的关键环节, 是实验教学的重要内容, 是学生平时成绩的重要组成部分, 是检验学生是否真正掌握实验原理的有效方式。在实验操作过程中, 要求学生在掌握实验原理的基础上, 通过实践来验证原理从而反馈于课程的理论教学, 同时通过实践操作培养学生的动手能力和专业素养。实验成功后, 要求学生对实验进行重现, 勾绘出实验的整个原理和过程, 并设计出电路原理图, 为课外实践活动打好基础。实验报告要求提供实验原理、实验器材、实验步骤、实验现象、实验问题等内容。
摘要：从《计算机组成原理》课程实验教学的目标、实验项目分级、实验教学内容、实验考核办法、实验教学方法等方面进行了探讨, 提出了以学生为主体, 发挥学生的自主能动性, 培养学生实践能力为目标的教学改革思路, 以提高实验教学水平及效果。
关键词：计算机组成原理,实验教学,自主能动性,实践能力
参考文献
[1]孙新德, 刘超慧.应用型本科计算机组成原理实验教学改革[J].电脑知识与技术, 2010, 27 (6) :7615-7616.
[2]马汉达, 赵惠.计算机组成原理实验室教学改革[J].计算机教育, 2010 (17) :30-33.
[3]张燕芬, 刘中成.新形势下高校实验室开放管理与运行机制的研究[J].实验技术与管理, 2013, 30 (3) :180-183.
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.
（一）、实验目的
（1）熟悉静态随机存储器RAM和只读存储器ROM的工作特性和使用方法；（2）熟悉半导体存储器存储和读出数据的过程；（3）了解使用半导体存储器电路时的定时要求。
（二）、实验要求
利用Quartus Ⅱ器件库提供的参数化存储单元，设计一个由128X8位的RAM和128X8位的ROM构成的存储器系统。请设计有关逻辑电路，要求仿真通过，并设计波形文件，验证该存储器系统的存储与读出。
（三）、实验原理图与仿真图
ram内所存储的数据：
rom内所存储的数据：
仿真图如下：
（四）心得体会
四、web服务器套接字编程实验指导
1．实验目的：
编写一个WEB服务器程序，可以接受来自浏览器的访问，并传输页面(包含多个对象)到浏览器。掌握Socket编程。2．实验环境：
连入局域网络的主机一台。3．实验指导：
超文本传输协议（HTTP）是位于TCP/IP 协议的应用层，是最广为人知的协议，也是互连网中最核心的协议之一。HTTP协议是Web浏览器和Web服务器之间的应用层协议，是通用的、无状态的、面向对象的协议。
一个完整的HTTP协议会话过程包括四个步骤：
连接
Web浏览器与Web服务器建立连接，打开一个称为Socket（套接字）的虚拟文件，此文件的建立标志着连接建立成功； 请求
Web浏览器通过Socket向Web服务器提交请求。HTTP的请求一般是GET或POST命令（POST用于FORM参数的传递）； 应答
Web浏览器提交请求后，通过HTTP协议传送给Web服务器。Web服务器接到后，进行事务处理，处理结果又通过HTTP传回给Web浏览器，从而在Web浏览器上显示出所请求的页面； 关闭连接
应答结束后Web浏览器与Web服务器必须断开，以保证其它Web浏览器能够与Web服务器建立连接。
4．实验分析，回答下列问题。
运行课本中Webserver.java程序。查找资料，写出程序源代码，并加上必要的注释。如能改写该程序，附上修改后的源代码。附上运行的截图。
代码及注释如下：
import java.io.*;//引入Java输入输出包 import java.net.*;//引入Java网络包 import java.util.*;//导入Java实用工具库 class Webserver{ public static void main(String arg[])throws Exception{ String requestMessageLine;String filename;//创建一个监听socket ServerSocket listenSocket=new ServerSocket(6789);//等待客户机发起连接 while(1==1){
Socket connectionSocket=listenSocket.accept();//创建一个从socket中读文本行的流 BufferedReader inFromClient=new
BufferedReader(new InputStreamReader(connectionSocket.getInputStream()));//创建一个向socket中写文本行的流 DataOutputStream outToClient=new
DataOutputStream(connectionSocket.getOutputStream());//读取客户机发送的一行文本requestMessageLine=inFromClient.readLine();//字段串解析
StringTokenizer tokenizerLine=new StringTokenizer(requestMessageLine);//如果客户端的请求方式为get方式
if(tokenizerLine.nextToken().equals(“GET”)){ filename=tokenizerLine.nextToken();//获得文件名
if(filename.startsWith(“/”)==true)
filename=filename.substring(1);//新建文件
System.out.println(“The request filename is:” + filename);//输出字符串，内容为客户端请求的文件名
File file=new File(filename);int numOfBytes=(int)file.length();//新建文件输入流
FileInputStream inFile=new FileInputStream(filename);byte[] fileInBytes=new byte[numOfBytes];//将文件流信息读入byte数组 inFile.read(fileInBytes);// 服务端输出信息
outToClient.writeBytes(“HTTP/1.0 200 Document Followsrn”);//不同的文件类型所对应的头文件格式不同
if(filename.endsWith(“.jpg”))
outToClient.writeBytes(“Content-Type:image/jpegrn”);
if(filename.endsWith(“.gif”))
outToClient.writeBytes(“Content-Type:image/gifrn”);outToClient.writeBytes(“Content-Length:”+numOfBytes+“rn”);
outToClient.writeBytes(“rn”);
outToClient.write(fileInBytes,0,numOfBytes);
connectionSocket.close();
} //错误的请求方式
else System.out.println(“Bad Resquest Message”);} } 实验结果截图如下：
实验四为JAVA的编程实验，实验代码已经提供，大家只需要读懂此程序，运行此程序查看结果，或做稍加修改就可以了。客户端的程序不用编写，只需要用浏览器做为客户端程序，向给定的服务器程序索取网页就可以了，大家可以事先先下载一个网页把它存放在和服务器程序同一个文件夹下即可，浏览器地址栏输入按照实验提示来做：使用WEB浏览器来测试WEB服务器的程序，如果在本机上测试，本机服务器监听端口为6789，要获得本机上文件名为index.html，应在浏览器指定下列URL http://localhost:6789/index.html；如果服务器程序不在本机上，服务器监听端口为6789，要获得服务器上文件名为index.html，应在浏览器指定下列URL http://服务器IP地址:6789/index.html。检查浏览器中输入的端口号是否和服务器监听的端口号一致。不一致要进行修改。
四、实验总结
总结你在实验过程中遇到的问题和解决的方法。
这次实验做的比较慢，在webserver程序的运行上遇到了比较大的困难，由于第一次接触java，对于java的运行并不清楚，一开始就不知道用什么编译器编译，在网上查找后，找到了合适的编译器，之后又出现了编译错误的情况，如下图：
由于无法加载，服务器程序一直运行不成功，后来通过网络查找才发现，java程序运行前必须进行编译，生成一个class后缀的文件才行，最终运行成功，通过浏览器找到预先的存储的网页。
学习这门课已经有一段时间，刚开始学习《计算机组成原理》的时候，一头雾水，什么都不了解，以前也没有接触过。所以上课的时候有好多东西都听不懂，越学越没有信心，越学越差，甚至有时都想放弃。可是上课一段时间后，一点一点慢慢的发现了这门课程的内在联系，所以慢慢的就有了点信心。在计算机系呆了两年的时间，我感觉到我真的是计算机系的学生，我真的开始作为一名计算机算是专业的人员来了解计算机，而不是跟外行那样，二者有很大的区别。
计算机组成原理课程是计算机学科的一门核心专业基础课，基本要求是使我们掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的技能。这门课对于使我们了解现代计算机的各个组成部分及其工作原理具有重要作用，对于我们后续课程的学习无疑也具有积极的意义。它的课程地位十分重要，学习起来有点难度，感受颇多的。
随着计算机技术的飞速发展，计算机内部结构也越来越复杂和庞大，因此我在整本书的学习过程中总体感受是太过抽象，认识感比较差，感觉很难懂，而且知识点有很多。下面我结合具体的学习内容谈谈。
《计算机组成原理》这本书以计算机的五大基本组成部件：运算器、存储器、控制器及输入设备和输出设备为整体框架结构，模块化的向我们介绍了各硬件的功能和工作方式，向我们介绍了计算机的基本组成原理和工作原理，让我们了解到计算机是如何工作的，同时也让我们掌握了一些对计算机部件和工作方式的基本的分析和设计能力。《计算机组成原理》的专业基础课程是我们已经学习过的《数字逻辑》，它的后继课程有《微机原理及应用》、《接口技术》、《汇编语言程序设计》等课程，为我们以后学习这些课程奠定了基础。从而也可以看出，《计算机组成原理》在我们的整个专业课程学习过程中起到了承上启下的重要作用。
前两章计算机的基本组成和计算机的发展史。计算机是如何工作的，同时也让我们掌握了一些对计算机部件和工作方式的基本的分析和设计能力。在第三章学习了系统总线的相关知识包括总线的分类、数据的传输及总线的控制等。学习起来整体感觉还好，了解到计算机内部数据是如何通过总线传输的，及总线资源是如何控制的，如何分时共享的。在第四章学习了存储器的相关知识。存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，因此它在整个计算机系统中的地位是非常重要的。学习了存储器的分类、工作原理及组织方式等。在第五章学习了输入和输出设备，主要学习了I/o接口技术及I/o设备与主机信息传输的控制方式。重点知识在于程序中断方式和DMA查询方式。在第六章主要学习了计算机的运算方式。都是一些固定的方法，做题目会做，但是因为运算规则、方法太多了，记不住啊！最后的第七到第十章，学习了CPU的功能和结构，这是计算机系统中的核心部分，也是本课程中的重点和难点。学习指令系统的时候，感觉很抽象很难；学习学习控制单元的功能及设计的时候，感觉更难，更抽象，尤其是微指令。整体的感觉就是：模糊。感觉很难，很抽象，很难懂，更难理解。但是在学习过程中唯一让我觉得很有希望的就是，老师您举的比喻或类别，感觉很直观，很好。
通过学习老师的课程，我对于计算机组成原理这门课的学习方法，做出了需要注意的几点的总结：
1、用事实调动自己的兴趣
计算机科学与技术的发展日新月异，新技术、新方法、新产品层出不穷。经常会对所学的课程产生疑问，如果缺乏学习动力，学习的积极性就会不高。爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师”。我们应该把学当作一种快乐。
2、积极思考理解，不要死记硬背。
对于知识，只要理解了就会觉得很容易，但是如果不理解，只是死记硬背，那么学习效率就会很低，而且也没有什么收获。
3、通过动手实验培养创造力
实验是本课程的重要环节之一，通过实验能够更加深入地理解计算机的组织、结构和工作原理，从而提高对计算机系统进行分析和设计的能力。实验更是学生创新思维的源泉，是培养高素质创新型计算机专业人才的重要保障。
计算机学科是一门与实践结合非常紧密的课程,纯理论化的教学已经无法满足学生掌握计算机知识以及培养实践能力的需求了。因此,计算机实验课程在现有的计算机教学体系中所占的比例越来越高。该文针对所关注的计算机组成原理课程的教学方法,结合我们自己所开设的组成原理实践课程,针对目前教学中所存在的一些问题,对组成原理的实验课程方法作进一步的改进,使其更符合现在国内教学现状的需求,提高学生的实验效率。
2 CPU实验课程简介
我们的CPU实验课程主要目标为:指导学生设计出一个符合MIPS标准的CPU。从设计初级的数字逻辑器件出发,到实现一个完整的CPU,然后学生们可以围绕自己设计的CPU编写汇编器、高级语言编译器甚至简单的操作系统[1,2]。让学生可以完整地了解计算机的运行原理。
参与本课程的学生所要实现的CPU使用如表1所示的31条指令,可以覆盖大部分简单程序的需求,其具体功能可以参考MIPS指令手册[3,4,5]。
目前,我们按照CPU的组成将课程分为了七个实验阶段:1) 译码器、2) 选择器、3) 简单的CPU部件、4) 寄存器堆、5) 桶形移位器、6) ALU、7) CPU整体设计。
前两个实验比较简单,主要为了让学生能够熟悉整个的开发环境与流程,而且译码器和选择器也是将来在其他实验中所需要使用到的部件。从第三个实验开始,学生们将从简到难地一步步实现CPU中的各个部件的设计,并在第七个实验中最终完成一个完整的CPU。
3 实验教学存在的问题
3.1 testbench用例不完善
我们的CPU实验课程主要是对于硬件的设计,在硬件设计的过程中,testbench的编写占有着举足轻重的地位。而参与我们课程的学生绝大多数都是第一次接触硬件的设计,并且对于CPU的各个部件并没有一个良好的认识。所以对于这些参与到我们课程的学生来说,有相当一部分学生没有编写完备的testbench的能力与意识。在遇到相对复杂的模块时,学生们可能无法发现自己设计中的缺陷,这为以后的设计留下了一定的隐患。而且随着工程越来越大时,初期的错误就越来越难被发现。
3.2 学生开发机器运行缓慢
我们这门实验课是“口袋实验室”,参与到我们这项课程的同学都会将实验板带回宿舍作实验,由于,学生各自的计算机性能并不能完全满足CPU实验的设计需求。特别是随着工程的增大,在生成CPU后仿真的模型以及生成开发板所需的电路文件时,往往需要相当长的时间,并且这个过程在CPU的开发过程中往往需要执行很多次。而在此期间,学生往往只能等待而无法进行课程的学习,这会造成极大的时间浪费,降低学习效率的同时也很有可能增加学生的挫败感。
3.3 应用开发效率低下
CPU要执行有一定功能的程序才会显得有意义,我们的课程会鼓励学生在自己设计的CPU上开发一些小应用来显示CPU的实用性。我们目前的课程只提供了基于我们课程所涉及指令的汇编器,但对于参加我们课程的学生而言,使用汇编程序编写应用所需要的技巧与经验往往他们都不具备,这增加了小应用程序开发的难度,不利于学生们创意与想法的拓展。在我们的课程实践中,学生们往往都会选择开发一些类似的容易实现的应用程序,造成了应用程序的同质化。
3.4 没有统一的评分体系
任何课程都要面临的一个考核的问题。如何能够公平客观的评价学生在整个课程中的表现不仅对于参与课程的学生,对于此课程未来的发展都至关重要。目前我们的课程主要依赖学生的自行演示以及助教的手工查看。此方法不仅效率低下,每周都要花大量的时间在实验结果的检查上,而且由于参与检查的人数较多不容易保持评价标准的一致性。
目前我们的课程仍处于试验性阶段,参与的学生人数较少,若未来将此课程推广,手工检查的方式将无法满足课程的需求。
4 针对目前教学中的问题的解决方法
4.1 统一的部件接口和测试平台
通过给学生提供统一的部件接口,我们可以为学生提供统一的测试平台。在完成每个部件的编写后,学生们首先可以使用自己编写的testbench来验证自己设计的正确性,随后再由统一的测试平台来进一步确认部件的设计。这样就可以有效地避免由于testbench的不完善而造成的部件设计缺陷,提高了每次部件实验结果的可靠性,从而为接下来的实验进程打下良好的基础。
4.2 实验结果验证平台
统一的部件接口使得自动化测试以及自动评分成为了可能。学生们可以将自己编写的代码提交到我们的测试平台,运行统一的testbench,通过对比学生代码的运行结果和标准的测试结果就可以为学生们编写的部件提供一个客观合理的评价。
我们可以根据学生每次提交的正确率以及最终通过测试所用的提交次数来作为学生每次实验的评价参考。通过这种方法,我们可以不再逐个检查学生的实验结果,不仅可以免去每次人工检查实验结果的时间,也大大提高了每次实验评价的客观性。
4.3 CPU模拟器
我们的课程设计了一个基于部分MIPS指令集CPU的模拟器,其输入可以为自行编写的汇编程序,模拟器的运行的结果可以作为我们CPU运行结果的参照。同时我们课程中还拥有一个31条指令的汇编器,其输入同样为学生自行编写的汇编程序,而输出是二进制或十六进制的机器码文件,该文件可以导入到学生自己的CPU中运行。然后学生可以通过对比Modelsim的仿真结果与模拟器的运行结果来验证自己所设计的CPU的正确性。我们的课程也提供了一些小程序来帮助学生进行CPU的验证。
4.4 综合任务服务器
大多数情况下,学生们所使用的PC的性能进行完整的综合与布线任务时往往都会花费很长的时间。我们可以为他们提供一个专门进行繁重计算任务的服务器。
学生们可以提交自己的设计到服务器上,通过服务器来生成所需的电路文件,将此文件下载到本地后载入FPGA,完成下板工作。鉴于服务器相对学生PC有着更出色的性能以及统一的工作环境,可以大大节省学生们完成一次设计修改的时间,提高学生们的开发效率。
4.5 合理使用C语言开发环境
高级语言可以大大降低程序的开发难度,而且通过完善的IDE(集成开发环境)可以更方便的确保程序的正确性。目前大部分学生所编写的小程序都不会超出我们课程所使用的指令集。GCC编译器在默认的配置下其编译出的MIPS指令集不会超出MIPS-I中的所有指令。经过多次测试,在多数情况下编译出的指令多并不会超出我们目前所使用的31条指令。对于那些不在我们31条指令集范围内的MIPS-I指令,其中有相当一部分指令是可以使用现有的指令组合来完成其功能的,我们仅需对GCC所编译出的汇编程序进行一定的修改即可使用。这为我们使用C语言编写开发板程序提供了很好的前提。
学生们可以首先使用C语言在现有的成熟IDE上进行编程,在验证了程序的正确性后使用GCC将C语言编译为MIPS-I的汇编程序,在对编译完成的汇编程序进行一些修改后可以使用我们课程提供的汇编器生成机器码来运行在学生自己设计的CPU上。
由于学生们对于C语言的熟悉程度要远高于MIPS的汇编指令,通过合理使用C语言进行编程,可以大大降低学生们编写应用程序的难度。
5 总结
对实验进行了诸多改进后,学生们在课程实验中的开发效率得到了明显的提升,这也使得学生们更有兴趣将精力投入到实验课程中。同时,在线平台的引入也减小了开展试验课程的人力投入,打下了推广该实验的基础。该文结合了我们现有CPU实验课程开展情况,针对实验课程中所出现的问题,提出了针对性的解决方案。这一系列的改进方案将学生从一些不必要的负担中解放出来,从而使得学生能够将更多的精力投入到计算机组成原理的学习中。这些方案的引入将会使得我们现有的课程变得更加具有可持续性,有利于将来此课程的进一步拓展。
摘要：目前的高校计算机课程教学正越来越偏重学生实践能力的培养,不少高校都设计了各类的实验教学课程来提高学生们对于计算机课程的理解。文章介绍了一项自主开展的基于FPGA开发板的CPU设计实验课程。总结了在课程的开展过程中所遇到的多项问题。并通过为学生提供更多的课程辅助工具及平台,使得课程的开展更加高效且符合学生们的需求,提高了学生们在此项课程中的学习效率。
【关键词】中等职业学校；计算机组成原理；教学方法
《中等职业学校计算机应用基础教学大纲》明确指出：使学生进一步了解、掌握计算机应用基础知识，提高学生计算机基本操作、办公应用、网络应用、多媒体技术应用等方面的技能，使学生初步具有利用计算机解决学习、工作、生活中常见问题的能力，是中等职业学校计算机课程教学目标之一。计算机组成原理是计算机应用基础知识的重要内容之一。
计算机组成原理的教学内容强调以计算机硬件部件和和整机系统知识为主的同时，还必需适当兼顾与硬件关系最密切的基础软件知识的学习。那种把计算机组成原理完全作为纯硬件课来处理，是陈旧的认识和过时的做法，不符合当今计算机研究和教育发展的潮流。学好这门课的目的是为了了解计算机的构成及基本工作原理。学生应能抽象出一个计算机模型，在此基础上，理解计算机是如何工作的。但是计算机组成原理这门课专业性很强，很抽象，也很枯燥。而现在的中等职业学校学生基础差，缺乏学习主动性，学习新知识时理解能力也相对比较薄弱。
那么，中等职业学校计算机教师当如何组织计算机组成原理教学呢？
一、教师要从简单的问题切入枯燥的知识
在讲解十进制数与二进制数之间相互转换这个问题时，教师可以不直接讲转换算法，而是先提问了一个学生们都认为很简单，但是又回答不正确的问题，来引起学生们的学习兴趣，如：计算机用的是直流电还是交流电？对此问题，同学们讨论，并说出回答的答案的依据，几乎所有的学生都认为，计算机用的是交流电。依据是计算机的电源插在220V的交流电源上。但学生们的答案都是错的，计算机用的是直流电，学生们很好奇，就急于想听教师讲出这个答案的依据，这样，教师就引进了二进制数的概念，告诉学生，计算机中所有的数值、文字、符号、语音、图形、图像等等统为称数据，在计算机内部，都必须用数字化编码（基二码，二进制编码）的形式被存储、加工和传送。
并且讲解了二进制码的基本点符号0和1。采用0和1的优点是：符号个数最少物理上容易实现；与二值逻辑的真假两个值的对应简单；用二进制码表示数值数据运算规则简单。然而在我们的现实生活中所用的数值都是十进制数，那么接着就讲了十进制数如何转换成二进制数。十进制数分为整数和小数。对于十进制的整数转换成二进制数的法则是：除以2取余。对于十进制的小数转换成二进制的法则是：乘以2取整。
相反二进制数如何转换成十进制数呢？教师同样可以先举了一个简单的例子引入了概念按阶展开。
二、教师要把抽象的知识具体化
讲解CPU的工作原理时，教师首先讲解CUP的全称central processing unit 即中央处理器，有人也称它微处理器。顾名思义，CPU就是电脑的中央核心部分，负责处理各种硬件装置传送进来的资源，经过判断计算后，再下指令将资料送到正确的装置上执行。讲完这些以后学生都很迷茫，因为太抽象了。教师就可用现实中做广播体操的例子来把抽象的问题具体化。做广播体操的整个过程是，首先我们的耳朵听到指令，然后再把指令传送给我们的大脑，大脑经过分析判断后再把指令传送的我们的肢体，以此来确定肢体的动作。紧接着教师就用计算机如何打印文件这个例子与做广播体操相对照。
当我们要打印一份文件时，首先通过键盘或者鼠标输入打印的指令，CPU收到指令经过分析判断后知道我们要打印文件，就会下达指令将资料传送给打印机，然后由打印机执行打印工作。通过这个例子使学生们联想到可以把CPU比喻成人类的大脑它不但要负责接收外界输入的信息资料，而且还要负责处理这些资料，然后将处理后的结果传送到正确的装置上。几乎大大小小的工作，都需要CPU来下达命令，传送到其他设备上来执行。通过举例子的讲解方式使学生们了解了CPU的工作原理。把抽象的复杂的问题具体化简单化，增强了学生学习的信心。
三、教师可通过学生讲解来验证教学效果
课堂上教师讲解一个系统的知识点后，为了了解学生的掌握情况，教师可采用先挑一些程度好，理解能力强的学生将刚才讲的知识再讲解一遍的训练方法，这样我教师就可以了解到学生们的理解与教师讲解的偏差在哪儿，还有什么地方没有理解到位。教师可以就此问题重新的再做解释。然后，再挑一些程度不好的且理解力相对比较差的学生，再来讲解同样的问题，如果讲解的比较到位，就证明这个问题几乎所有的学生都已经掌握了。
总之，在计算机组成原理这门课的教授过程中教师要想尽各种办法，运用多种教学手段，设计有趣的教学活动来激发学生的学习兴趣，培养学生积极的学习态度，与学生建立相互信任，相互尊重，平等交流的师生关系，让学生充满激情，主动投入到学习过程中，学生进一步了解、掌握计算机应用基础知识。
参考文献：
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
【内容摘要】： 本论文主要在课程的学习上作一些讨论。该课程主要介绍计算机硬件的结构与基本原理和计算机系统的实现方法。课程主要研究CPU、主存储器、I/0接口和输入/输出以及总线的结构和功能。使学生建立计算机系统的概念，深入了解计算机的工作原理，掌握计算机组织与实现的技术和方法，以及计算机系统分析和系统设计的方法，从而为计算机专业其他专业课的学习打下坚实的基础。
【关键词】： 课程概述、计算机系统、CPU、控制单元
【课程综述】： 计算机组成原理是计算机应用和计算机软件专业以及其他相关专业必修的专业基础课，它主要讨论计算机各组成部件的基本概念、基本结构、工作原理及设计方法。组成原理是计算机类专业的一门主干必修课程，主要内容有：（1）对计算机的发展、应用和特性作的概述，并简单介绍了计算机系统的硬件、软件及计算机系统的层次结构；（2）系统总线，介绍了三种总线结构及接口的概念，总线控制的三种方式和通信的两种方式；（3）存储系统，主要介绍半导体存储器工作原理、寻址方式、与CPU的互连的方法，以及存储系统的多级结构；（4）输入输出系统，介绍了计算机系统中主机与外部设备之间的信息交换方式，重点介绍中断处理方式以及DMA方式；（5）运算方法和运算器，介绍数值数据和非数值数据的表示方法，定点数和浮点数的四则运算、逻辑运算及运算器的组成和工作原理；（6）指令系统，介绍指令系统的发展与性能要求、指令格式的分析以及指令和数据的寻址方式；（7）CPU的结构和功能，CPU控制机器完成一条指令的全过程，中断技术在提高整机系统效能方面的作用（8）组合逻辑控制器、微程序控制器的设计原理和设计方法、指令周期的概念及时序产生器的原理及其控制方式。
【正文】：
（一）计算机概述
计算机系统由硬件和软件两大部分组成，它们共同决定了计算机性能的好坏。计算机系统的层次结构经过了多次的发展由最初的一级层次结构发展到了如今的多层次结构。
典型的计算机组成由冯·诺依曼计算机演变而来，该计算机由五大部分组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器，并以运算器为中心结构。现代计算机可认为有三大部分组成：CPU、I/O设备、主存储器，并以存储器为系统中心。
计算机硬件的主要技术指标有机器字长（指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关）、存储容量（包括贮存容量和辅存容量）、运算速度。
（二）计算机系统 1）、系统总线
总线是连接多个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，必将导致信号冲突，传输失效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。
总线按传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按使用范围可分为计算机总线、测控总线、网络通信总线等；按连接部件可分为片内总线、系统总线和控制总线，本书重点介绍。总线的性能指标：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等。总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。总线的控制主要包括判优控制和通信控制，总线判优控制分为集中式判优（链式查询、计数器定时查询和独立查询）和分布式判优（自举分布式和冲突检测分布式）。总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方如何协调配合，通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。
2）存储器
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。按存储介质分类可分为半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器，按存取方式分为随机存储器、只读存储器、串行访问存储器，按在计算机中分类分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。存储器有三个性能指标：速度、容量和每位价格。存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，位扩展即增加存储字长,如将8片16K*1位的存储芯片连接，可组成一个16K*8位的存储器。字扩展是指增加存储字的数量，如2片1K*8位的存储芯片可组成一个2K*8位的存储器。在与存储器外部设备交换信息时，可采用高速原件、使用层次结构、调整主存的结构来提高访存速度。
3）I/O系统
I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。计算机外部设备。在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。I/O设备与主机交换信息有三种控制方式：程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。程序查询方式是由CPU通过程序不断的查询I/O设备是否做好准备，从而控制其与主机交换信息。程序中断方式不查询设备是否准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才给予响应，这大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与其交换信息时，无需调用中断服务程序。
4）运算器 计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。运算器由：算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。加减法主要采用补码定点加减法进行运算，乘法可视为加法和移位，主要方法有原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘等，乘积的符号位由两个数的符号位异或运算结果决定。除法运算可视为减法和移位，主要方法有恢复余数法、加减交替法，其中原码除法的符号位单独处理，补码除法的符号位参与运算并最终获得结果。浮点加减法可分为○1对阶，使两数的小数点位置对其2尾数求和，将对阶后的两尾数按定点加减运算规则求和或差○3规格化○4舍○入，要考虑尾数右移时失去的数值位○5溢出判断。浮点乘除运算，乘积的阶码应为相乘两数的阶码之和，乘积的尾数应为相乘两数的尾数之积，商的阶码为被除数的阶码减去减数的阶码，尾数为被除数的尾数除以除数的尾数所得的商。5）指令系统一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段+地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种。○1三地址指令：一般地址域中A1、A2分别确定第一、第二操作数地址,A3确定结果地址。下一条指令的地址通常由程序计数器按顺序给出。2二地址指令：地址域中A1确定
○第一操作数地址，A2同时确定第二操作数地址和结果地址。○3单地址指令：地址域中A确定第一操作数地址。固定使用某个寄存器存放第二操作数和操作结果。因而在指令中隐含了它们的地址。○4零地址指令：在堆栈型计算机中，操作数一般存放在下推堆栈顶的两个单元中,结果又放入栈顶,地址均被隐含，因而大多数指令只有操作码而没有地址域。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。完善的寻址方式可为用户组织和使用数据提供方便。○1直接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址。○2间接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址的地址即指令地址码对应的存储单元所给出的是地址A，操作数据存放在地址A指示的主存单元内。有的计算机的指令可以多次间接寻址,如A指示的主存单元内存放的是另一地址B，而操作数据存放在B指示的主存单元内，称为多重间接寻址。○3立即寻址：指令地址域中表示的是操作数本身。○4变址寻址：指令地址域中表示的是变址寄存器号i和位移值D。将指定的变址寄存器内容E与位移值D相加,其和E+D为操作数地址。许多计算机具有双变址功能，即将两个变址寄存器内容与位移值相加，得操作数地址。变址寻址有利于数组操作和程序共用。同时，位移值长度可短于地址长度，因而指令长度可以缩短。○5相对寻址：指令地址域中表示的是位移值D。程序计数器内容（即本条指令的地址）K与位移值D相加，得操作数地址K+D。当程序在主存储器浮动时，相对寻址能保持原有程序功能。此外，还有自增寻址、自减寻址、组合寻址等寻址方式。寻址方式可由操作码确定，也可在地址域中设标志，指明寻址方式。
6）CPU的结构和功能
CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。一条指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：○1CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。○2从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。○3将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。4指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相○应的操作控制信号，送往各个执行部件。○5按指令操作码执行。○6修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。指令指针寄存器也称为程序计数器。中断的作用：一方面，有了中断功能，PC系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作。这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度；另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障。计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。
7）控制单元
控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过控制总线送至相应部件实现功能。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。控制单元的设计有两种方法：组合逻辑设计和微程序设计。组合逻辑设计首先要确定控制方式，然后决定微操作的节拍安排，再根据微操作列出微操作命令的操作时间表、求出最简逻辑表达式并画出微操作的逻辑图。这种方法思路清晰，但每一个微操作都对应一个逻辑电路，最终的控制单元会十分庞杂。微程序设计是指将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每一个为程序中的微指令。这些微指令以二进制代码形式表示，每位代表一个控制信号，因此逐条执行每一条微指令，也就相应的完成了一条机器指令的全部操作。微指令的编码方式有直接编码、字段直接编码、字段间接编码、混合编码等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。
【心得体会】 在做完这次课程论文后，让我再次加深了对计算机的组成原理的理解，对计算机的构建也有更深层次的体会。计算机的每一次发展，都凝聚着人类的智慧和辛勤劳动，每一次创新都给人类带来了巨大的进步。计算机从早期的简单功能，到现在的复杂操作，都是一点一滴发展起来的。这种层次化的让我体会到了，凡事要从小做起，无数的‘小’便成就了‘大’。在学习过程中也是碰到了很多问题，主要就和老师说的一样，课后没有看书，导致一些知识点没有掌握完全，概念问题有很多细节不懂。这些都要尽量弥补，才能让这门课的学习达到目的。
【结语】 计算机的发展日新月异。自从踏入21世纪以来可谓发展神速，可以预见将来必将出现新的电脑体系、功能与知识，我们不能局限于现今所学的的知识，要跟上时代的步伐，时时刻刻关注计算机方面的发展，这样才能为以后的工作学习打下坚实的基础。
【参考文献】
【关键词】能力培养；教学方法；基础课教学；创新能力
1.引言
计算机组成原理与汇编语言是计算机相关专业的专业基础课，而且又是非常重要但又十分难学的课程，我校从2009年以来将计算机学科并入电子与信息工程学院，逐渐体现计算机学科在信息工程领域的重要作用，而这门课程同为其他学科如电子、自动化等课程的先修课，采用了学科交叉，其目的是为了拓宽学生的知识面，培养复合型人才，提高学生的就业率和学生的基本素质。现代教学论认为：学习的过程不能单纯的依靠教师的讲授，而是要师生交流与合作，采用互动式教学模式，改变传统教学中教师主导、学生被动学习的状态，通过教学实验的改革逐步深化知识，通过教师指导，由学生自行设计《计算机组成原理与汇编语言》综合实验，利用汇编语言编程实现计算机组成原理基本功能模型，充分提高了学生的自主学习和认知能力，加深了印象，更有利于对两门课程知识点的融合。
2.《计算机组成原理与汇编语言》课程改革方法
2.1 明确目标，遵循大纲
利用目标指导教学，授课内容严格遵循课程大纲要求，由浅入深。首先让学生明确目标，提高学生学习的方向性，因此，上课开始时利用2分钟时间介绍本节课的学习目标和授课计划，让学生知道本节课学习的重点和知识的结构，学习到什么程度，这样师生都明确本节课的学习目的后，才能更好的配合，为后面的“互动式”教学模式打下良好的基础，充分发挥授课计划和大纲的目标导向作用。
2.2 师生互动，灵活“反馈”
教师在上课过程中，应该时刻掌握课堂节奏，注意调节课堂气氛，随时注意观察学生在听课过程中的面目表情，尤其是眼神，如果学生能根据教师讲授做出相应的回应，眼睛能够随着教师的肢体语言灵活转动，那么此学生处于积极的思考，可以跟上课堂的节奏；如果发现学生异常反馈，如目光呆滞，走神留号等，应该及时的调整课堂讲课的节奏，适当放缓，并针对学生难于理解的知识点进行重点讲解，因此灵活运用“反馈”机制也是提高教学互动效果的一个重要因素。
2.3 实践与理论相结合，杜绝照本宣科
教师首先要熟悉掌握课程的知识点，以书本理论为基础，但是在讲课过程中一定要杜绝照本宣科，充分发挥教师在教学过程的主导作用，教与学是一对矛盾体，教是主要方面，教师的关键作用在于引导和激发学生的学习动力，充分发挥其主动创造性思维。对于互动式教学方法，教师不仅要有广博的专业知识，而且要具有丰富的工程实践经验。在授课过程中，教师把实践与理论相结合，将自己的实践经验与书本理论有效组织、融会贯通后毫无保留的传授给学生，将相关知识遵从“理论——实践——理论”这样一个有序的过程，理论联系实践，让理论与实践不脱节，应用到课堂教学后，学生不会觉得书本理论的枯燥无味了，而且也会学得书本之外更为重要的实践经验，增加了学生学习的积极性具有十分重要的意义，这是提高互动式教学的有一个非常有效的方法。
2.4 发挥多媒体教学优势，将板书与多媒体充分结合
与普通教学相比，多媒体教学有很多优势，如：直观性、动态性、图文声像并茂、可重复性等。在《计算机组成原理与汇编语言》教学中，可以利用计算机边讲解，并演示，尤其是在汇编语言程序设计中，单纯的依靠板书在讲解程序设计效果不明显，而教师利用多媒体现场直接编写程序可以更好的调动学习的积极性和主动性，教师可以和学生一起完成对某个问题的程序设计，这样可以从中发现实际编程中的问题，引发学生的思考，提高学生的兴趣，学生可以带着问题进行下一步学习。而对于难于理解的问题，教师再加上板书的讲解，可以更加帮助学生去理解掌握，例如在本门课程中对存储器的扩展（字扩展、位扩展、字位同时扩展）、运算器和控制器设计、指令设计等章节中，教师可以充分的利用多媒体的直观性和动态性，对其进行图文并茂的讲解，同时利用板书对其分步骤讲解，可以加深学生的印象，让学生跟着老师的课堂步骤走，对提高教学效果有重要的作用。
2.5 充分利用实验教学，优化实验教学过程
对于《计算机组成原理与汇编语言》这门课程来说，光掌握理论是明显不够的，一定要理论与实验相结合才能更好的掌握知识点。教师要设计好每次实验，给出实验指导书，让学生明确每次实验的目的、实验方法，督促学生独立撰写实验报告。本门课程中“计算机组成原理”部分理论知识较强，而“汇编语言”部分实验要求较高，因此教师要把握好两者之间的结合，作者采用的方法是，利用汇编语言来实现计算机组成原理的基本组成、功能，例如在计算机组成原理输入输出系统章节中，可以通过汇编语言编程模拟实现计算机输入輸出过程，观察整个输入输出系统是如何从键盘输入数据，送入主存单元，数据是如何在内存中存放，CPU如何调入数据并通过运算单元进行计算，CPU如何将计算的结果送入到存储器，如何送入到输出设备（如显示器）进行显示等一些列过程，通过这些实验，学生可以更好的理解计算机组成结构以及各组成部件在计算中的功能，可以提高学生积极性和主动性，而且培养学生的动手能力，让他对着门枯燥的课程充满学习的兴趣。
3.教学效果
在教学改革的实践中，由于采用以上的教学方式和方法，使教与学这对矛盾体有机的统一起来，不在相互排斥，教师和学生能够默契的配合。课堂教学气氛变得活跃，将原本枯燥的课程变得生动有趣，充分发挥学生和教师的最佳状态，提高了学生的主动学习能力和创新动手能力，从几年来学生在创新创业等项目上的良好表现证明《计算机组成原理与汇编语言》课程通过互动式教学方法培养学生的学习能力、分析能力、动手能力和创新能力。
参考文献
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作者简介：
丁宁（1981—），男，博士研究生，辽宁科技大学电子与信息工程学院计算机系教师，主要从事计算机组成原理、汇编语言等课程教育。
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