導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計算機(jī)的組成和工作原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：計算機(jī)組成原理；教學(xué)手段；主存

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3767-03

1 概述

發(fā)展計算機(jī)的技術(shù)，硬件設(shè)計的人才培養(yǎng)不可或缺。若要設(shè)計某個部件，首先得了解該部件存在的目的，然后掌握該部件的工作原理，才能設(shè)計出來，或改進(jìn)得更好。學(xué)生想要掌握這些知識，需要學(xué)習(xí)多門課程，計算機(jī)組成原理就是其中典型的一門。計算機(jī)組成原理需要給學(xué)生講述計算機(jī)的各種主要組成部件以及它們的工作原理。為計算機(jī)類專業(yè)的后繼課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，也是學(xué)生以后從事計算機(jī)設(shè)計的必修知識。

計算機(jī)從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)過了幾十年，根據(jù)不同的需要，產(chǎn)生的部件和理論都是多種多樣。而且計算機(jī)仍然在迅速發(fā)展中。這些導(dǎo)致了計算機(jī)組成原理課程的內(nèi)容繁多。而且由于計算機(jī)的設(shè)計更傾向于系統(tǒng)工程，課程的理論講解若不結(jié)合實踐設(shè)計，將使學(xué)生理解膚淺，很難應(yīng)用于實際。這些情況都給授課教師提出更高的要求。教師如何能夠通過課程教學(xué)，把原理講清楚，包括整體系統(tǒng)開發(fā)的概念，是一個值得探討的問題。

現(xiàn)在大多數(shù)計算機(jī)組成原理課程教學(xué)采用馮·諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu)的部件劃分方式[1]。不可否認(rèn)，運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件仍然覆蓋了現(xiàn)在大多數(shù)的計算機(jī)部件。從模塊來看，如果能夠掌握各個模塊的工作原理及其相互作用關(guān)系，對課程掌握是達(dá)到目的的。但是對剛開始了解計算機(jī)內(nèi)部的學(xué)生來說，在聽講各個模塊孤立的內(nèi)部工作原理時，將會覺得枯燥、不知所措，“學(xué)這些內(nèi)容有什么用”會一直縈繞心中。

對五大部件的介紹，需要不斷地提及系統(tǒng)性，關(guān)注各部件之間的關(guān)系。這種講述方式可以以某個部件為中心或主線。馮·諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu)是受限于當(dāng)時計算機(jī)發(fā)展的情況，以運(yùn)算器為中心。現(xiàn)代的計算機(jī)已轉(zhuǎn)化為以存儲器為中心[2]。從沒有存儲器的第一臺計算機(jī)ENIAC到現(xiàn)在的以存儲器為中心的體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)，得益于存儲器的不斷發(fā)展。而現(xiàn)在的學(xué)生，如果以后想設(shè)計出更加先進(jìn)的計算機(jī)，從存儲器的理解開始，不失為一種可行途徑。唐朔飛老師著的教材[2]就把存儲器放在了中心的位置，但是從內(nèi)容分布來看，仍然是介紹完一個部件，再介紹另一個，而很少顯式地體現(xiàn)出它們之間的關(guān)系，需要教師在介紹的時候講述、強(qiáng)調(diào)。

本文提出一種以數(shù)據(jù)為主線的計算機(jī)組成原理課程講述方法，以供大家探討。該方法主要以主存的工作原理、讀寫操作、數(shù)據(jù)解析等數(shù)據(jù)操作為主線，以數(shù)據(jù)為中心的軟件模擬為輔助手段，模擬硬件設(shè)計流程，從而讓學(xué)生由熟知的硬件單元開始，不斷逐步擴(kuò)展，了解新的內(nèi)容，直至掌握計算機(jī)的各個主要組成部件的工作原理。

2 教學(xué)模式改革

在一個學(xué)期的一門課的課時里，需要講述計算機(jī)許多部件的組成、工作原理。由于時間的限制，不可能引入太多新穎的、時髦的具體器件介紹來吸引學(xué)生[3]，因此還是應(yīng)該由淺入深，講清楚各個部件的基本工作原理，并留下問題，拋磚引玉。讓學(xué)生有了一定基礎(chǔ)后，可以對自己感興趣的內(nèi)容繼續(xù)探索和研究。

基本工作原理是基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)與理解計算機(jī)組成與運(yùn)行機(jī)制的核心知識，其特點(diǎn)是穩(wěn)定性（不隨時間變遷而改變）和通用性（不隨具體機(jī)型而變化），是學(xué)生一定要掌握的重要部分[4]?，F(xiàn)在計算機(jī)的基本功能就是保存數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和表現(xiàn)數(shù)據(jù)。這些功能都要依賴于數(shù)據(jù)。而學(xué)生在學(xué)習(xí)計算機(jī)組成原理時，一般已經(jīng)掌握至少1門程序語言，對數(shù)據(jù)已經(jīng)有一定的了解。如果從數(shù)據(jù)入手，將可使學(xué)生由熟悉的內(nèi)容開始學(xué)習(xí)，更容易接受。

另外，現(xiàn)在在很多學(xué)校里，由于經(jīng)費(fèi)等原因，計算機(jī)組成原理教學(xué)缺乏一個能讓教師和學(xué)生運(yùn)用工程實踐理念進(jìn)行設(shè)計和實現(xiàn)計算機(jī)系統(tǒng)的實驗平臺[4]。從產(chǎn)業(yè)界來看，由于硬件設(shè)計的成本昂貴，很多硬件設(shè)計的前期都是要經(jīng)過軟件模擬的驗證的，所以軟件模擬也是讓學(xué)生逐步熟悉設(shè)計的過程。硬件成本比較高，但簡單軟件模擬應(yīng)該是可以做到的。

對于計算機(jī)組成原理這樣系統(tǒng)性課程，軟件模擬又不能一蹴而就，所以需要形成一個可以把課程內(nèi)容逐步加進(jìn)去且方便軟件模擬實現(xiàn)的教學(xué)方式。從軟件模擬的角度，由數(shù)據(jù)入手，可以逐個講解以下幾個內(nèi)容：數(shù)據(jù)的存儲模擬、數(shù)據(jù)的讀寫、數(shù)據(jù)的數(shù)值解析、數(shù)據(jù)的指令解析等。

2.1 數(shù)據(jù)的存儲模擬

2.2 主存數(shù)據(jù)讀出、寫入

圖 3給出了兩種主要的讀數(shù)據(jù)方式，其中“（H）”代表十六進(jìn)制數(shù)，“（B）”代表二進(jìn)制數(shù)。地址分配方式可以選擇大端或小端的方式。從該模擬中，學(xué)生可以了解的讀數(shù)據(jù)必須提供地址，而所讀得的數(shù)據(jù)就可以通過可視化的主存觀察到。特別是當(dāng)從同一地址讀出多字節(jié)字?jǐn)?shù)據(jù)時，采用不同地址分配方式，將組成不同的字。通過可視化的主存，讓學(xué)生直接比對所讀得的數(shù)據(jù)和主存中保存的數(shù)據(jù)，將能夠讓他們更能掌握這方面知識。另外，還可以加入多個層次的存儲器，在讀取過程中，人為地為各存儲器構(gòu)造一些不同長度延時，從而講述存儲器速度、容量和位價，還有高速緩沖器的作用等。

2.3 主存數(shù)據(jù)解析

主存數(shù)據(jù)除了能夠被解析成數(shù)值，還能夠被解析成機(jī)器指令。這同樣需要從主存里讀出數(shù)據(jù)并解析，但是就不像數(shù)值那樣固定，因為它跟具體的指令系統(tǒng)有關(guān)。不同指令系統(tǒng)，對于相同的主存數(shù)據(jù)的解釋可能是不一樣的。而提供一個模擬，讓學(xué)生自己設(shè)計指令系統(tǒng)，從而解析從主存里讀出的數(shù)據(jù)，將可以使他們更能理解指令系統(tǒng)內(nèi)容。類似指令系統(tǒng)，可以定義指令周期、流水線、微指令、控制形成等內(nèi)容。

2.4 學(xué)生的自主模擬實現(xiàn)

學(xué)生在學(xué)習(xí)計算機(jī)組成原理的時候，應(yīng)該已經(jīng)學(xué)習(xí)過編程語言，已經(jīng)可以根據(jù)一些邏輯要求編寫和運(yùn)行程序，并得到正確的結(jié)果。那么，教師可以給定《電子技術(shù)》、《數(shù)字邏輯》等在計算機(jī)組成原理模擬中會用到的基本模塊，比如存儲單元，然后鼓勵學(xué)生主動實現(xiàn)各個知識點(diǎn)的模擬。產(chǎn)業(yè)界的硬件設(shè)計也是從軟件模擬檢驗開始。當(dāng)學(xué)生對模塊進(jìn)行模擬時，肯定是建立在掌握其工作原理的基礎(chǔ)之上。當(dāng)實現(xiàn)了模擬，對學(xué)生來說是完成了自己獨(dú)有的設(shè)計，會產(chǎn)生成就感，不斷推進(jìn)學(xué)習(xí)。那么再讓他們設(shè)計硬件模塊，將能夠更容易上手。

3 結(jié) 論

本文提出了一種以數(shù)據(jù)為主線的計算機(jī)組成原理教學(xué)方法。該方法提出把理論講解和實踐相結(jié)合，實踐除了硬件實驗外，還包括教師提供的模擬平臺的實驗，通過不同值的輸入來了解工作原理，也可以讓學(xué)生進(jìn)行工作原理的自主模擬，加深理解。該方法從學(xué)生熟悉的數(shù)據(jù)開始，從存儲、讀寫到解析，通過主存可視化，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時更加直觀、易懂。

參考文獻(xiàn)：

[1] 岳珂娟. 馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)在計算機(jī)組成原理教學(xué)中的重要性[J]. 計算機(jī)教育，2012（24）：99-101.

[2] 唐朔飛. 計算機(jī)組成原理[M]. 第2版. 北京： 高等教育出版社， 2008.

篇2

1 引言

《計算機(jī)組成原理》是一門偏硬的學(xué)科，是計算機(jī)與科學(xué)技術(shù)專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，主要學(xué)習(xí)計算機(jī)內(nèi)部的各部件的組成結(jié)構(gòu)、工作原理及相互間的聯(lián)系。隨著計算機(jī)技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)內(nèi)部部件的高度集成化，復(fù)雜化，很多學(xué)生普遍感覺《計算機(jī)組成原理》這門課程難學(xué)、難懂，概念抽象、感性認(rèn)識差等，如果用傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)；同時這門課程還是很多院校計算機(jī)專業(yè)研究生入學(xué)考試的考查科目，所以應(yīng)該找到一種切合實際的教學(xué)模式，在達(dá)到本科教學(xué)目標(biāo)的同時能夠讓學(xué)生們感覺研究生入學(xué)考試這門課程對于他們來說不是一種屏障。鑒于此，我們針對這門課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段及實踐四個方面做了改革，并取得了較好的效果。

2 教學(xué)內(nèi)容的改革

在教學(xué)內(nèi)容上，主要遵循本科教學(xué)大綱來循序漸進(jìn)該課程的講授工作，同時要借鑒每年的考研大綱，找出其出入部分，重點(diǎn)內(nèi)容要重點(diǎn)詳盡地講述，以典型例題來加深學(xué)生的理解，難點(diǎn)問題要找到切入點(diǎn)，讓學(xué)生找到頭緒，步步為盈，例如信息通路部分，可以先畫一個單總線結(jié)構(gòu)的計算機(jī)系統(tǒng)來講解信息在各部件間的流動過程，然后再針對某一復(fù)雜具體機(jī)型的計算機(jī)來疏導(dǎo)它的信息通路，學(xué)生理解起來就會容易的多。對于考研與本科大綱的出入部分作為擴(kuò)展內(nèi)容講解，主要針對有精力或是有考研目標(biāo)的同學(xué)。例如輸入輸出部分的幾種數(shù)據(jù)傳輸方式[2]，要深入到每種方式的具體實施過程，而不是局限于表面的了解。

3 教學(xué)方法的改革

在教學(xué)方法上，采用啟發(fā)式教學(xué)和習(xí)題檢測等相融合的方法，注重重點(diǎn)的突出、難點(diǎn)的突破。另外，留給學(xué)生實踐作業(yè)，采用課堂鼓勵等方式調(diào)動學(xué)生的興趣及積極性。使學(xué)生能夠理解單處理器計算機(jī)系統(tǒng)中各部件工作原理、組成結(jié)構(gòu)及相互連接方式，具有完整的計算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識和基本實現(xiàn)方法，最終能運(yùn)用課堂所學(xué)理論知識對有關(guān)計算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實際問題進(jìn)行計算和分析，并能對一些基本部件進(jìn)行簡單設(shè)計。

4 教學(xué)手段的改革

教學(xué)手段上主要采用板書加多媒體及Proteus仿真軟件并用的方式進(jìn)行教學(xué)。板書盡量用言簡意賅的詞語來描述問題，讓學(xué)生學(xué)起來達(dá)到簡單易懂的效果。對于將計算機(jī)的比較抽象復(fù)雜些的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以采用多媒體課件及Proteus仿真軟件將其工作原理和工作過程直觀形象地演示出來。

5 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要由實驗和課程設(shè)計兩部分組成，因為實驗學(xué)時有限，可以設(shè)計一定數(shù)量的實驗項目、驗證性實驗，加深學(xué)生對各計算機(jī)部件的組成和工作原理的進(jìn)一步理解； 在課程設(shè)計期間可以因材施教，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)計算機(jī)組成原理知識，采用Proteus仿真軟件，人為模擬各部件單元中的控制信號實現(xiàn)常用部件電路及之間的信息通路的設(shè)計，對于有能力且勇于創(chuàng)新的同學(xué)，可以利用EDA技術(shù)，自主設(shè)計一個組合邏輯控制器模型機(jī)，因為EDA技術(shù)很多學(xué)校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生未開設(shè)此門課程，所以此實驗需要學(xué)生有一定的EDA基礎(chǔ)才能實現(xiàn)。通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實踐和鍛煉，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題和設(shè)計的能力。

篇3

?掌握設(shè)計CPU的方法、步驟和具體的技能

?具備邏輯上設(shè)計計算機(jī)的能力

?熟悉現(xiàn)代微機(jī)所采用的新技術(shù)，了解下一代CPU發(fā)展的新動態(tài)

為體現(xiàn)深入淺出的教學(xué)方法，本文提出了對通用CPU進(jìn)行分類的觀點(diǎn)，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞　教學(xué)改革設(shè)計CPU

1計算機(jī)組成原理課程的教學(xué)現(xiàn)狀

計算機(jī)組成原理教學(xué)大綱都有以下或類似的描述：“計算機(jī)組成原理課程是計算機(jī)科學(xué)各專業(yè)的一門核心課程，本課程的任務(wù)是使學(xué)習(xí)者掌握計算機(jī)系統(tǒng)中硬件部分的組成原理，掌握計算機(jī)的基本工作原理、計算機(jī)各主要部件的硬件結(jié)構(gòu)、相互聯(lián)系和作用，從而對整個計算機(jī)系統(tǒng)從硬件角度有完整的了解，為本專業(yè)后繼課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)?！?/p>

顯然這樣的教學(xué)大綱很難培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，更不能滿足我國“十一五”規(guī)劃關(guān)于提高自主創(chuàng)新能力的長期戰(zhàn)略目標(biāo)對人才的需求。毫無疑問，所有“211工程”高校應(yīng)為國家培養(yǎng)出大批具備創(chuàng)新能力的合格人才。

2改革的思路和目標(biāo)

現(xiàn)代電子數(shù)字計算機(jī)，包括專用電子數(shù)字計算機(jī)、通用電子數(shù)字計算機(jī)（簡稱計算機(jī)或電腦），都是基于馮?諾依曼機(jī)（Von Neumann）的理論設(shè)計并發(fā)展而成的。

馮?諾依曼機(jī)主要由以下五部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

現(xiàn)代通用計算機(jī)和馮?諾依曼機(jī)之間的最大區(qū)別是：馮?諾依曼機(jī)以“運(yùn)算器為中心”，現(xiàn)代通用計算機(jī)以“存儲器為中心”。

馮?諾依曼機(jī)的CPU僅包括運(yùn)算器和控制器。隨著集成電路平面制作工藝的出現(xiàn)，這兩大部分往往集成在同一芯片上。因此，通常將它們合起來統(tǒng)稱為中央處理器（Central Processing Unit），簡稱CPU。雖然經(jīng)歷了60年的發(fā)展，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，但其實現(xiàn)的功能（指令控制、操作控制、時間控制和數(shù)據(jù)加工）是不變的。

計算機(jī)的核心是CPU，要想真正掌握計算機(jī)工作原理，首先要懂得CPU的工作原理。而要懂得CPU的工作原理最有效的途徑就是掌握設(shè)計CPU的方法、步驟和具體的技能。同理，掌握計算機(jī)工作原理最有效的方法是學(xué)會在邏輯上設(shè)計計算機(jī)的技能。為了進(jìn)一步結(jié)合實際和拓展同學(xué)們的視野，我們分析和講述了當(dāng)前市場上最先進(jìn)的CPU及微機(jī)所采用的新技術(shù)，如CPU的字長、Cache 的大小和級數(shù)、最大和實際的尋址空間、擁有的流水線條數(shù)、超線程、工藝制程和核心電壓、支持的最高頻率和指令集、最新南北橋主要技術(shù)指標(biāo)及前端總線（FSB）的速度和內(nèi)存帶寬等，拉近了與同學(xué)們的距離并激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)這一思路，提出學(xué)習(xí)這門課程應(yīng)達(dá)到如下目的：

?掌握設(shè)計CPU的方法、步驟和具體的技能；

?具備邏輯上設(shè)計計算機(jī)的能力；

?熟悉現(xiàn)代微機(jī)所采用的新技術(shù)，了解下一代CPU發(fā)展的新動態(tài)。

講述設(shè)計CPU知識，首先要解決同學(xué)們的思想認(rèn)識問題。不要一談到CPU就只想到Pentium 4甚至雙核CPU Pentium D。因為CPU有通用、專用、嵌入式系統(tǒng)等多種類型。對于已經(jīng)發(fā)展了60年的通用CPU大致可分為如下幾類：

① 馮?諾依曼型CPU

運(yùn)算器、控制器

② 現(xiàn)代簡單CPU

運(yùn)算器、控制器、寄存器（專用和通用）

③ 現(xiàn)代較復(fù)雜CPU

運(yùn)算器、控制器、寄存器（專用和通用寄存器堆）、Cache、流水線

④ 現(xiàn)代復(fù)雜CPU

運(yùn)算器、控制器、寄存器堆、多級Cache、多條流水線

⑤ 雙核（多核）CPU

我們要求掌握的是現(xiàn)代簡單CPU設(shè)計方法、步驟和技能，而非高端產(chǎn)品Pentium 4的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上為日后開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的專用CPU（如專用于空調(diào)機(jī)、微波爐、洗衣機(jī)等）和嵌入式系統(tǒng)的CPU（用于手機(jī)或小汽車等機(jī)電一體化）奠定基礎(chǔ)。據(jù)預(yù)測到2010年我國對這兩類CPU的需求消耗量將達(dá)到6000億元人民幣。這樣，同學(xué)們的視野就開闊了。更重要的是學(xué)習(xí)興趣和自信心都大大提高了。這樣一來，就自然會把同學(xué)們被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W(xué)習(xí)狀態(tài)。從而激發(fā)了他們強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動力，為能達(dá)到這樣的學(xué)習(xí)目標(biāo)，他們會認(rèn)真搜集有關(guān)資料，會努力配合老師的講課內(nèi)容和進(jìn)度做預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。在充分調(diào)動了同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性后，為加強(qiáng)同學(xué)之間的合作精神，我們布置了一個基于RTL（寄存器描述語言）由兩人一組完成的大作業(yè)――“設(shè)計一個現(xiàn)代簡單CPU”（指令集根據(jù)需要而確定。分別用硬布線和微程序兩種方法，并比較兩者的優(yōu)缺點(diǎn)）。

完成這個課題后，同學(xué)們馬上就會想到如何提高CPU的速度和功能等問題，通用寄存器、新的數(shù)據(jù)表示、新的指令（保證向上兼容）、雙總線、三總線、Cache、流水線……這正是他們今后能夠深入并有能力解決的問題。

關(guān)于設(shè)計計算機(jī)，我們可以考慮給出一個完整的但不十分復(fù)雜的計算機(jī)主機(jī)板部分作為范例，至少必須包括有CPU、存貯器、I/O端口。這樣同學(xué)們就更容易、更具體地掌握CPU和存貯器連接的三類線(數(shù)據(jù)線、地線線、控制線)；體會到存貯器組織的幾種方法（存貯器的位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、位字同時擴(kuò)展）；由于有I/O端口，可分別考慮I/O統(tǒng)一編址和I/O獨(dú)立編址的設(shè)計。通過上述兩個綜合應(yīng)用的實例能很好地解決同學(xué)們普遍存在的“對于課本的內(nèi)容拆開來都能理解，但合起來就不知所云了”這類致命的學(xué)習(xí)問題。

絕大多數(shù)同學(xué)在做完設(shè)計CPU課題后寫出了感想，大家的感受都體現(xiàn)了努力后的那“一分耕耘，一分收獲”的成就感和滿足感，且這種感受是無法用語言表達(dá)的。同時又發(fā)現(xiàn)設(shè)計CPU不像原先想象中的那么“難以靠近”。2002級4班有一位同學(xué)這樣寫到：“由于以往對硬件方面的學(xué)多數(shù)只停留在理論，或者是去實驗室作簡單的實驗，而并沒有聯(lián)系實際，去體會它們的工作原理。特別是像CPU這么核心的技術(shù)，光懂得原理的話，可能過一兩年又會忘得差不多了。但是現(xiàn)在，不但可以更深刻地體會和學(xué)習(xí)CPU的工作原理，而且還掌握了一門實踐性很強(qiáng)的技術(shù)，我想所有人過十年，二十年后還是不會忘記的。理論離開了實踐，永遠(yuǎn)只是虛無的理論，猶如紙上談兵。在目前普遍缺少實踐指導(dǎo)的學(xué)習(xí)上，老師要求我們增強(qiáng)實踐能力，是反映了同學(xué)的心里期望的。盡管這個學(xué)期任務(wù)非常重，但是大家沒有半句怨言。所以，這說明了設(shè)計計算機(jī)，設(shè)計CPU是我們心里非常想學(xué)的東西。因此，我強(qiáng)烈希望這樣的措施可繼續(xù)實施下去，辛苦老師了。”

3實施的成效

計算機(jī)組成原理課程教學(xué)改革的思路和目標(biāo)在我們學(xué)院已實施了兩屆（第一次是在2002級）。2005年12月5日開始，教育部對我校進(jìn)行本科教學(xué)工作水平評估，并聽取了我講授2003級的該門課程，得到專家組的一致肯定。此外，還可從這兩屆學(xué)生的體會、反應(yīng)和圖1數(shù)據(jù)得出，教學(xué)的效果非常理想，教學(xué)的目標(biāo)基本實現(xiàn)。2006年9月在2004級也實施這一改革理念。

為了準(zhǔn)確掌握這一改革的真實情況，對2002級（1～6班，回收問卷191份）、2003級（1～5班，回收問卷207份）全級都作了如下的問卷調(diào)查：“你認(rèn)為本學(xué)期所進(jìn)行的《計算機(jī)組成原理》課程的教學(xué)改革是否有必要？”四選一回答：很有必要、有必要、無意見、無必要。

結(jié)果是：回答很有必要 302人、有必要 89人、無意見 5人、無必要 2人。參看圖1。

4結(jié)束語

上述強(qiáng)調(diào)的“自主知識產(chǎn)權(quán)的CPU”在非常時期對國家的安全起到了關(guān)鍵性的作用，以導(dǎo)彈和導(dǎo)航系統(tǒng)為例，必須用“有自主知識產(chǎn)權(quán)的CPU”才能從根本上完全掌握和控制其發(fā)射和運(yùn)行軌道的正確性和可靠性。

中國科學(xué)院院長路甬祥院士在廣州舉行的“第七屆海內(nèi)外設(shè)計與制造科學(xué)會議”作報告時指出：“如過多依賴國外的先進(jìn)技術(shù)而沒有自己的創(chuàng)新，自給率低；高層次人才嚴(yán)重缺乏，特別是能參與國際競爭的戰(zhàn)略科學(xué)家太少。目前制造業(yè)的許多領(lǐng)域還停留在國際價值鏈分工的低端，改變這種狀況必須在制造業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造中國人自己的設(shè)計理論、方法和先進(jìn)制造工藝技術(shù)，創(chuàng)造具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的裝備、儀器、工程系統(tǒng)。長期從事計算機(jī)應(yīng)用及研究的專業(yè)人士指出“微處理器的研發(fā)絕對是一個國家的計算機(jī)水平的尖端體現(xiàn)”。

大家是否有發(fā)現(xiàn)，形形的 OEM和并非少數(shù)的ODM其實是我國IT產(chǎn)業(yè)的“”。尤其是在硬件方面幾乎處處出現(xiàn)了瓶頸。究其原因使我們不能不正視產(chǎn)業(yè)中的核心技術(shù)――CPU!!!

中華民族創(chuàng)造的古老文明，可以說是地球上唯一歷數(shù)千年而不衰的文明。然而，我們也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，審視我們的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明，唯獨(dú)缺少誕生在這片土地上的創(chuàng)新貢獻(xiàn)。問題出在哪里？其中一個因素應(yīng)該是我們的大學(xué)到現(xiàn)在還沒有培養(yǎng)出能掌握這一核心技術(shù)的大量合格人才，離創(chuàng)新的路就更加漫長了。

我們正是基于這一目的而邁出的第一步。只要堅持不懈，中華民族設(shè)計的各類CPU終有一日能達(dá)到世界先進(jìn)水平。

參考文獻(xiàn)

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[5] 郝柏林，張淑譽(yù)．?dāng)?shù)字文明物理學(xué)和計算機(jī)［M］．北京：科學(xué)出版社，2005．

篇4

關(guān)鍵詞:螺旋式;模型計算機(jī);系統(tǒng)結(jié)構(gòu);總線;CPU

中圖分類號:G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

1引言

人們認(rèn)識事物總是由表及里,由局部到整體,由具體到抽象,由低級到高級循環(huán)往復(fù)逐步提高的螺旋式過程。在“微型計算機(jī)原理及應(yīng)用”的教學(xué)實踐中,面對著僅僅學(xué)過“C語言程序設(shè)計”和“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”的當(dāng)代學(xué)生,以及伴隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用不斷涌現(xiàn)出來的新技術(shù)、新產(chǎn)品和新應(yīng)用領(lǐng)域,如何激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性和主動性,培養(yǎng)其綜合應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)解決問題的能力和創(chuàng)新能力,一直是大家努力摸索的主題。本文基于多年的教學(xué)實踐,總結(jié)出突出基本原理、理解實現(xiàn)技術(shù)、貼近現(xiàn)實、掌握應(yīng)用方法的螺旋式教學(xué)體系。

2理清課程主線、突出基本原理

2.1從具體技術(shù)實現(xiàn)中增強(qiáng)感性認(rèn)識

圍繞計算機(jī)的兩個本質(zhì)特征---存儲程序和自動運(yùn)行,構(gòu)建一個簡化的模型計算機(jī)。詳細(xì)分析其存儲器的結(jié)構(gòu)、存儲單元地址碼、字節(jié)(Byte)、字(Word)、存儲器分配等概念,分析CPU的基本組成、結(jié)構(gòu)和工作過程,展示如何 由程序計數(shù)器PC的值從存儲器(ROM)中取出一條指令,將其中的操作碼放到指令寄存器(IR)中,由指令譯碼器(ID)譯碼后經(jīng)控制部件(CON)產(chǎn)生控制字,對指令中的操作數(shù)完成具體的操作;突出強(qiáng)調(diào)存儲程序和通過程序計數(shù)器PC自動指向下一條要執(zhí)行的指令在存儲器中的地址,從而程序啟動后就自動地由第一條指令執(zhí)行到最后一條停機(jī)指令。結(jié)合其工作過程的分析,說明了連接CPU、存儲器、I/O接口的總線概念;以建立完整的微型計算結(jié)構(gòu)、組成和工作原理的概念視圖;進(jìn)一步深入分析控制部件(CON)的組成、工作原理,說明指令譯碼器(ID)如何將不同的指令操作碼譯為不同的高、低電平信號,在機(jī)器節(jié)拍的配合下經(jīng)控制矩陣產(chǎn)生出所需的控制字。

隨后給出幾個程序設(shè)計示例,全面、直觀、具體地認(rèn)識微機(jī)系統(tǒng)的硬件組成、工作原理和應(yīng)用程序設(shè)計;并自然地從提高計算機(jī)系統(tǒng)性能的角度引入流水線技術(shù)、高速緩沖存儲器技術(shù)(Cache)、虛擬存儲器技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)在微機(jī)中的應(yīng)用,完成螺旋式認(rèn)知過程的第一輪循環(huán)。實踐表明:在此模型計算機(jī)硬件和指令系統(tǒng)的分析應(yīng)用過程中,很好的消除了學(xué)生對計算機(jī)概念抽象、工作原理神秘感,達(dá)到了激發(fā)學(xué)生探究知識的興趣和增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動性的目的。

2. 2 適時引入典型內(nèi)容、做好跨越準(zhǔn)備

以8086CPU為代表的16位微機(jī)系統(tǒng)在以下幾個方面對進(jìn)一步學(xué)習(xí)32位機(jī)系統(tǒng)提供了技術(shù)踏腳石:

(1) 大容量(1MB)內(nèi)存儲器管理,引入分段技術(shù)

由220 = 1M可知需要20位的地址才能尋址1MB存儲空間,而CPU內(nèi)的段寄存器都是16位的,無法直接存儲這20位地址;為此將1MB的內(nèi)存空間分成16個段,每段64KB,這樣就可以在段內(nèi)用16位地址尋址了。

(2) 中斷系統(tǒng),引入了中斷向量表

通過設(shè)置中斷向量表,使得由中斷類型號可以方便地獲得中斷向量。

(3)I/O接口系統(tǒng)

引入16位端口地址,使系統(tǒng)可以管理216 = 64K個I/O端口。

有前面的學(xué)習(xí)內(nèi)容作基礎(chǔ),配合這部分的詳盡原理圖,多數(shù)同學(xué)都能順利完成對微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、匯編語言程序設(shè)計、I/O接口設(shè)計和應(yīng)用能力的再一次提高;通過分析程序存儲器,提出了該系統(tǒng)難以對用戶的應(yīng)用程序提供保護(hù)功能;內(nèi)存容量的進(jìn)一步增大受到限制;一次只能進(jìn)行一個用戶的一個任務(wù);系統(tǒng)吞吐量(每秒執(zhí)行指令數(shù))的提高受到限制等,自然引入以Pentium系列微處理器為代表的32位微處理器。

2.3順利過渡、貼近現(xiàn)代技術(shù)水平

以介紹解決上述問題的各種技術(shù)探索為契機(jī),自然地引入32位微處理器Pentium從體系結(jié)構(gòu)上的概念性的改變和革新。如先進(jìn)的CISC和RISC相結(jié)合的技術(shù)、超標(biāo)量流水線技術(shù)和分支預(yù)測技術(shù),普遍采用流水線和指令重疊執(zhí)行技術(shù)、虛擬存儲技術(shù)、片內(nèi)二級存儲管理技術(shù)。

詳細(xì)介紹Pentium的實地址方式、保護(hù)方式、虛擬8086方式的特征和它們之間轉(zhuǎn)換過程,以及Pentium的保護(hù)技術(shù),充分體現(xiàn)現(xiàn)代微處理器如何實現(xiàn)向上兼容、對多用戶多任務(wù)的實現(xiàn)和對各級程序的保護(hù)等核心技術(shù)。

在其實現(xiàn)技術(shù)上,通過段寄存器和描述符以及保護(hù)方式的尋址機(jī)制的介紹,深刻理解和掌握Pentium微處理器的分段、分頁技術(shù);對四個特權(quán)級的描述,進(jìn)一步從整體上全面認(rèn)識現(xiàn)代微處理器保護(hù)技術(shù)。

為了增強(qiáng)同學(xué)們對計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能力,對總線技術(shù)的學(xué)習(xí)是必不可少的。在眾多的各類總線技術(shù)中,選擇現(xiàn)在廣泛流行的PCI總線,從其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信號、命令類型、中斷及響應(yīng)、編址及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等方面展開學(xué)習(xí);再簡單介紹外部總線如IDE、EIDE和SCSI及RS―232C等內(nèi)容,使同學(xué)們面對電腦能夠有條理地進(jìn)行分析和解決一些實際應(yīng)用問題,完成螺旋式認(rèn)識過程的又一次飛躍,也為進(jìn)一步提高計算機(jī)應(yīng)用水平和能力打好基礎(chǔ)。

3理解實現(xiàn)技術(shù),突出工程技術(shù)特點(diǎn)

在計算機(jī)教育領(lǐng)域,長期存在著教育的發(fā)展滯后于現(xiàn)實需求的現(xiàn)象,理論是高高在上的思辨,而經(jīng)驗則是最基本的實踐規(guī)則。理論不足以說明經(jīng)驗,經(jīng)驗也無法凝聚于理論結(jié)構(gòu)之中。

為了走出這一困境,應(yīng)該在計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(Computer Architecture)、計算機(jī)組成(Computer Organization)、計算機(jī)實現(xiàn)(Computer Implementation)這三個層次建立有機(jī)的聯(lián)系。

在以8086/8088為CPU的微型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,其組成原理相對經(jīng)典和簡單,在系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)中的核心是各類部件間的接口設(shè)計;通過分析其工作時序圖,結(jié)合有關(guān)器件的工作原理尤其是I/O特性、負(fù)載特性等,不難設(shè)計出系統(tǒng)的物理實現(xiàn),如針對8086CPU的 和16位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線,由工作時序圖就可看出需要由地址鎖存允許信號ALE控制鎖存器對其進(jìn)行鎖存。

在以Pentium為CPU的微型機(jī)系統(tǒng)中,其實現(xiàn)技術(shù)就復(fù)雜得多。只有從各種總線技術(shù)、總線標(biāo)準(zhǔn)和控制芯片組等方面著手,才能清楚地說明Pentium微型計算機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、組成和實現(xiàn)技術(shù)。

4深化課程改革,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力

長期以來,“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程相對于有些課程而言,一直有“老師難教,學(xué)生難學(xué)”的說法。經(jīng)過多年的探索和交流,我們逐步清晰地認(rèn)識到產(chǎn)生這種結(jié)果的方方面面,除了日新月異的各種微機(jī)新技術(shù)、新產(chǎn)品和新應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)推動、“老師講得多,學(xué)生理解的少”外,最主要的就是老師希冀以包辦的方式來傳授知識,忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性的培養(yǎng);日積月累,直接導(dǎo)致了教學(xué)效果與目的的背離、壓抑了學(xué)生的創(chuàng)新能力并損害了他們的學(xué)習(xí)積極性和主動性。只有在現(xiàn)代教育理念指導(dǎo)下,對教學(xué)體系進(jìn)行切合實際的改革,才能走出困境。

通過對課程自身進(jìn)行縱向和橫向的分析,確定重點(diǎn)和難點(diǎn)。充分應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段,建設(shè)網(wǎng)上精品課程,在網(wǎng)絡(luò)平臺上向?qū)W生提供教學(xué)大綱、電子教案、網(wǎng)上答疑、并推薦網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源;利用網(wǎng)絡(luò)這一現(xiàn)代教學(xué)手段,打破傳統(tǒng)教學(xué)在時間和空間上的限制;鼓勵學(xué)生提出問題、提出解決方案,課堂上大家進(jìn)行交流。

通過加大綜合性、設(shè)計性實驗的比重,增強(qiáng)學(xué)生的動手能力、規(guī)范實驗報告的撰寫;對教學(xué)計劃中安排有課程設(shè)計的專業(yè),還通過對設(shè)計題目、內(nèi)容、方案的開放,對實驗室的開放,營造一個激發(fā)同學(xué)們創(chuàng)造性設(shè)計的環(huán)境;如本院電氣專業(yè)一位同學(xué)提出了計算機(jī)在餐飲業(yè)的新應(yīng)用設(shè)計方案;

Intel公司的創(chuàng)始人之一Gordon Moore曾預(yù)言:“電子計算機(jī)CPU的性能每18個月就會翻一番”。面對這樣裂變式的知識爆炸時代,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法、豐富教學(xué)手段無疑是所有可采取措施中的首選。

在全方位研究各基本概念和過程的本質(zhì)特征后,設(shè)計直觀、簡明和有深刻印象的方法將它們介紹給學(xué)生,并用類比、演繹、歸納等方法使兩者間建立直觀聯(lián)系,是達(dá)到良好教學(xué)效果的有效途徑;如介紹中斷系統(tǒng)時,將中斷信號的異步特性比做手機(jī)的鈴聲,何時會響鈴聲事先一般是不知道的,一旦響了,就提出了中斷請求,能否響應(yīng)這個請求是受允許位控制的;若允許響應(yīng),就可暫停當(dāng)前的工作去接聽電話,聽完后再自動回來接著做原來的工作;若不允許響應(yīng),就不能夠接聽,該中斷請求就被屏蔽了。

5結(jié)束語

人們對事物的認(rèn)識規(guī)律總是由低級到高級,由局部到整體,由表象到本質(zhì)循環(huán)往復(fù)、螺旋式上升的;“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程直接面對計算機(jī)技術(shù)日新月異的新技術(shù)、新產(chǎn)品和新應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)充,如何在安排的課時內(nèi)使學(xué)生掌握計算機(jī)的有關(guān)基礎(chǔ)知識、應(yīng)用能力,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力并貼近現(xiàn)實,迫切需要有符合認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)體系來協(xié)同支持。

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篇5

關(guān)鍵詞:核心課程;教學(xué)與實驗體系;一體化教學(xué)

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后,無論是萬億次大型計算機(jī)系統(tǒng)還是小型嵌入式計算機(jī)系統(tǒng),一個計算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成大致可以分為硬件、操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序三部分。在現(xiàn)代計算機(jī)應(yīng)用中,為了構(gòu)造一個功能完備、性能優(yōu)良的計算機(jī)系統(tǒng),設(shè)計人員必須綜合考慮應(yīng)用程序行為、編譯優(yōu)化、操作系統(tǒng)、處理器等各個環(huán)節(jié),特別是這些環(huán)節(jié)之間的相互作用關(guān)系。與此相對應(yīng),編譯器、操作系統(tǒng)及計算機(jī)硬件(尤其是處理器)三部分已經(jīng)形成了如圖1所示的密切配合、相互影響、彼此滲透的緊密關(guān)系。為此,現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計人員必須掌握軟硬件一體化設(shè)計方法。

有鑒于此,我們認(rèn)為合格的計算機(jī)專業(yè)人才應(yīng)能夠深刻理解計算機(jī)系統(tǒng)的各組成要素及其工作原理,初步掌握現(xiàn)代計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的新方法與新工具,建立軟硬件一體化設(shè)計的系統(tǒng)觀,掌握計算機(jī)整體結(jié)構(gòu),并具備一定的工程能力和團(tuán)隊精神。

1背景及存在的問題

隨著計算機(jī)技術(shù)的普及,越來越多的高校畢業(yè)生進(jìn)入IT領(lǐng)域工作。這些人中不僅有計算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生,也有大量其他非計算機(jī)專業(yè)人員。在與這些非計算機(jī)專業(yè)人員的競爭中,計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生并未表現(xiàn)出明顯的專業(yè)優(yōu)勢。

造成這一現(xiàn)象的原因是什么?帶著這個問題,我們對計算機(jī)學(xué)科核心課程,包括“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“高級語言程序設(shè)計”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”、“計算機(jī)組成原理”、“計算機(jī)接口與通訊”、“EDA技術(shù)”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”、“軟件工程”及“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等,重點(diǎn)在教學(xué)內(nèi)容及課程之間的銜接關(guān)系兩個方面進(jìn)行了全面深入的分析,同時對國內(nèi)外20多所研究型大學(xué)特別是Berkeley、MIT、CMU等幾所著名高校的課程設(shè)計和清華、北大的課程設(shè)計進(jìn)行了調(diào)研。 文章內(nèi)容：

調(diào)研結(jié)果表明,當(dāng)前我院本科課程體系所面臨的主要問題是各門課程各自獨(dú)立、封閉、完備,各課程知識體系間缺乏相互承接,不具備足夠的完整性。具體體現(xiàn)在:

(1) 不同課程知識內(nèi)容難以建立相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。當(dāng)前課程數(shù)量較多,涉及的知識內(nèi)容廣泛。但由于整個課程體系缺乏一體化設(shè)計的思想,因此各門課程知識點(diǎn)相對獨(dú)立、各成體系,缺乏良好的銜接,部分課程在知識內(nèi)容講授上甚至存在一定的重復(fù)。

(2) 實驗環(huán)節(jié)相對薄弱。主要體現(xiàn)在兩個方面。首先是缺乏足夠的實驗深度即現(xiàn)有實驗體系中外特性體驗實驗偏多,而功能設(shè)計類實驗不足;其次由于部分課程的實驗方法、實驗平臺及實驗工具未能及時更新,因此學(xué)生無法掌握當(dāng)前流行的設(shè)計方法和工具,不利于今后的工作和學(xué)習(xí)。

(3) 學(xué)生難以掌握計算機(jī)及系統(tǒng)軟件整體核心概念。受教學(xué)內(nèi)容的影響,核心課程的實驗內(nèi)容相互間缺乏足夠的連貫性,致使學(xué)生無法形成完整的整機(jī)概念,難以理解軟硬件一體化設(shè)計思想。此外課程門數(shù)過多占用了過多的課時,導(dǎo)致實驗環(huán)節(jié)缺乏足夠的課時。

因此,完善課程體系建設(shè),加大課程實驗環(huán)節(jié)的深度和難度,構(gòu)建一體化的教學(xué)實驗體系,將更多的工程實際問題引入教學(xué)實驗,成為解決這一問題的關(guān)鍵。

2指導(dǎo)思想

在計算機(jī)學(xué)院的支持下,經(jīng)過相關(guān)教師的多次討論,形成了一體化教學(xué)實驗體系改革的總體思路:

(1) 簡化課程門數(shù),突出課程教學(xué)深度。通過簡化課程門數(shù),增加核心課程的課時數(shù)(尤其是實驗環(huán)節(jié)所需的課內(nèi)課外時數(shù)),從而進(jìn)一步突出教學(xué)深度,使學(xué)生對計算機(jī)系統(tǒng)的各組成要素能夠更加深入透徹的理解。

(2) 理論與實踐相結(jié)合,突出實驗環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)與實驗教學(xué)密切配合,通過配置各類不同難度的實驗,以及在實驗中使用流行的工具設(shè)計軟件與硬件環(huán)境,不僅使得學(xué)生掌握新方法與新工具,更為重要的是使得學(xué)生對計算機(jī)系統(tǒng)的感性認(rèn)識與理性認(rèn)識得到增強(qiáng)與提高。

(3) 通過小組實驗環(huán)節(jié),培養(yǎng)團(tuán)隊能力。通過分組實驗環(huán)節(jié)(每組成員3人為宜),培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)代以團(tuán)隊為基礎(chǔ)的工作環(huán)境中能夠完成一個復(fù)雜工程系統(tǒng)包括構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運(yùn)行的全流程,初步具備實現(xiàn)復(fù)雜工程系統(tǒng)所需要的工程能力。

本次教學(xué)實驗體系改革共涉及5門基礎(chǔ)核心課程,包括:“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“計算機(jī)組成原理”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”。我們擬以MIPS指令系統(tǒng)為基礎(chǔ),讓學(xué)生在本科學(xué)習(xí)過程中自主開發(fā)一個可實際運(yùn)行操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的小計算機(jī)系統(tǒng),使學(xué)生能夠掌握計算機(jī)系統(tǒng)的各組成要素,深刻理解其工作原理,學(xué)習(xí)計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的新方法與新工具,具備計算機(jī)專業(yè)人員的基本素質(zhì)。

3目標(biāo)及規(guī)劃

3.1總體目標(biāo)

通過對5門基礎(chǔ)核心課程的教學(xué)與實驗環(huán)節(jié)的一體化設(shè)計,綜合設(shè)計教學(xué)與實驗內(nèi)容,構(gòu)建系統(tǒng)化的實驗體系,使得學(xué)生有能力設(shè)計一臺功能型計算機(jī)、研發(fā)一套編譯器和一套操作系統(tǒng),最終形成一個相對完整的功能型計算機(jī)系統(tǒng)。

我們期望通過本實驗體系的系統(tǒng)化訓(xùn)練后,學(xué)生不僅能夠建立計算機(jī)系統(tǒng)觀,而且能夠培養(yǎng)工程實施經(jīng)驗和能力,并錘煉團(tuán)隊合作精神。

3.2以一體化實驗體系為核心的基礎(chǔ)核心課程體系

為了本次教學(xué)實驗改革的指導(dǎo)思想,形成一體化的教學(xué)實驗體系。具體方法是,圍繞完成一個功能型計算機(jī)系統(tǒng)所必需核心知識,突出重點(diǎn),將目前開設(shè)的“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“高級語言程序設(shè)計”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”、“計算機(jī)組成原理”、“計算機(jī)接口與通訊”、“EDA技術(shù)”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”、“軟件工程”及“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等課程綜合出“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“計算機(jī)組成原理”、“編譯技術(shù)”及“操作系統(tǒng)”等5門基礎(chǔ)核心課程,并形成基礎(chǔ)核心課程體系。其他課程則以此為基礎(chǔ),分別形成面向計算機(jī)軟件與理論、計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和計算機(jī)應(yīng)用三個方向的專業(yè)課程體系。計算機(jī)學(xué)院全體本科生必須學(xué)習(xí)全部5門基礎(chǔ)核心課程,并根據(jù)各自的方向研修相應(yīng)的方向課程體系。

通過5門基礎(chǔ)核心課程的學(xué)習(xí),計算機(jī)學(xué)院本科生將能夠深入的理解計算機(jī)各組成要素的構(gòu)成及其工作機(jī)理,建立正確的整機(jī)觀念,樹立軟硬件一體化設(shè)計思想,初步具備從事工程設(shè)計的能力和團(tuán)隊精神,為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)各方向課程打下堅實的基礎(chǔ)。

在5門基礎(chǔ)核心課程體系中,“數(shù)理邏輯”以布爾邏輯為基礎(chǔ),使學(xué)生掌握根據(jù)需求采用邏輯描述的方法和能力;“數(shù)字邏輯”講授了數(shù)字電路的基本知識、基本概念,以及數(shù)字系統(tǒng)常規(guī)基礎(chǔ)部件的基本原理;“計算機(jī)組成原理”講授了包括處理器、指令系統(tǒng)在內(nèi)的計算機(jī)硬件基本組成及其工作原理,系統(tǒng)介紹計算機(jī)組織的設(shè)計和基本框架;“操作系統(tǒng)”講授了操作系統(tǒng)的4大組成及其工作原理,以及并發(fā)性、共享性、虛擬性等操作系統(tǒng)的基本特性;“編譯技術(shù)”講授了編譯器設(shè)計的主要主題,包括詞法分析、語法分析、中間代碼生成、代碼生成、代碼優(yōu)化等。

篇6

如今，微型計算機(jī)不但被廣泛使用還影響著人們的工作、生活以及思維方式。在2011年，有人對在校大學(xué)進(jìn)行過一個調(diào)查：如果沒有計算機(jī)，試問晚上你會做什么？就這么一個簡單的問題，居然讓很多人一臉茫然。這個調(diào)查僅僅在學(xué)校進(jìn)行，事實上社會上使用計算機(jī)的頻率更高。能夠熟練使用微型計算機(jī)的人比較多，但是又有多少人了解微型計算機(jī)的工作原理。在這樣形勢下，探析微型計算機(jī)原理與應(yīng)用就必備了現(xiàn)實意義。

1 微型計算機(jī)系統(tǒng)組成

對于一臺微型計算機(jī)來說，由軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同組成的。其硬件系統(tǒng)主要是構(gòu)成計算機(jī)的電子元器件、電子線路以及機(jī)械裝置等各種物理設(shè)備；而軟件系統(tǒng)主要是程序以及有關(guān)的程序技術(shù)文檔資料。而這兩個部分僅僅是大劃分，它們下面分別又化成了許多重要的組成部分。

1.1 微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備與輸出設(shè)備5部分組成。下面分別就這5部分進(jìn)行適當(dāng)闡述。

1）運(yùn)算器。在微型計算機(jī)中，運(yùn)算器就是一種執(zhí)行部件，所承擔(dān)的任務(wù)就是對信息進(jìn)行加工處理；其運(yùn)算的方式主要有加減乘除與與或非、異或、同或以及邏輯運(yùn)算。

2）控制器。該部件主要是微型計算機(jī)的控制中心。其中最主要的控制部件是cpu，也是整個微型計算機(jī)的指揮中心，用來協(xié)調(diào)整個計算機(jī)的工作，進(jìn)而來完成程序信息，并經(jīng)過輸出設(shè)備輸送出去。

3）存儲器。這部分就相當(dāng)于微型計算機(jī)的倉庫，用來存放計算機(jī)中的數(shù)據(jù)與程序；而程序是微型計算機(jī)用來操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是微型計算機(jī)用來操作的對象。

4）輸入設(shè)備。該設(shè)備的主要功能就是將用戶的信息以指令形式傳送到計算機(jī)中，傳送過程中還要將信息處理成計算機(jī)能夠識別的信息，最具代表性的就是鍵盤、鼠標(biāo)。

5）輸出設(shè)備。將微型計算機(jī)的處理結(jié)果按照一定方式傳送出去，共用戶使用。最具代表性的就是顯示器；

1.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)所包含的內(nèi)容是非常豐富，要對其具體分類十分困難，因此，按照系統(tǒng)的功能不同，可以劃分為應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件；所謂的系統(tǒng)軟件主要是指對微型計算機(jī)進(jìn)行管理、調(diào)度、監(jiān)視以及服務(wù)等，比如操作系統(tǒng)就是典型的系統(tǒng)軟件；而應(yīng)用軟件且是利用計算機(jī)作為操作平臺來解決生活中實際問題的程序，比如outocad軟件就是利用計算機(jī)來畫圖軟件。

2 微型計算機(jī)原理

多年以來，很多人都在對微型計算機(jī)的原理進(jìn)行研究。但是相比之下，最為成功、全面的還是1946年由數(shù)學(xué)家馮.諾依曼出來的工作過程，如圖1所示。

從該流程中可以發(fā)現(xiàn)，其整個工作原理可以按照如下進(jìn)行。

首先用戶要將自己的意圖編寫成程序，然后將這些程序按照指令形式傳輸給微型計算機(jī)，就計算機(jī)就能夠按照這些程序去執(zhí)行程序。當(dāng)輸入設(shè)備將用戶的指令傳送到微型計算機(jī)內(nèi)存中，cpu就會按照指令的先后順序開始執(zhí)行，讓各個部件自動去執(zhí)行。

要探討微型計算機(jī)原理，就一定要清楚存儲單元，事實上存儲單元就相當(dāng)于一個房間（本文就比喻成房間），其中存放的是機(jī)器語言，即二進(jìn)制；對于存儲單元來說，主要有兩個特征：①存儲單元這個房間中存放的僅僅是內(nèi)存中某一個房間上面的房間號碼，無論何時，這個房間號碼都可以任由cpu使用；②存儲單元具備自動增加一個房間的功能。

圖1 微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)在用例子的形式來闡述微型計算機(jī)原理：某用戶通過程序給微型計算機(jī)發(fā)出三條指令，這3個指令就放進(jìn)內(nèi)存中的201、202、203三個房間之中，那么按照處理順序201首先被放進(jìn)了存儲單元；cpu在微型計算機(jī)中查詢就只能查到201，就從內(nèi)存之中取出201房間指令并按照要求執(zhí)行；但201房間的指令被執(zhí)行完之后，存儲單元會自動增加一個成為了202，當(dāng)cpu再到內(nèi)存之中查詢存儲單元之時，就會自動到202之中了，就會從202中取出指令并且按要求執(zhí)行。按照中工作模式，微型計算機(jī)在無人參與情況下，就會自

轉(zhuǎn)貼于

動的按照順序執(zhí)行程序，一直到存儲單元中的所有程序全部被執(zhí)行。

3 微型計算機(jī)的應(yīng)用

隨著微型計算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，已經(jīng)被人們普及使用了。具體而言，微型計算機(jī)主要應(yīng)用在如下幾個方面。

1）科學(xué)計算和處理數(shù)據(jù)。在工程設(shè)計、科學(xué)研究以及社會經(jīng)濟(jì)管理規(guī)劃等行業(yè)中有著復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，比如：處理航天的測控數(shù)據(jù)、計算衛(wèi)星的軌道等，如果依靠人做是不可能完成，就必須要利用微型計算機(jī)來處理數(shù)據(jù)。

2）辦公自動化和信息管理?，F(xiàn)在很多大型企業(yè)、國家一些部門所管理內(nèi)容較多，具有一個龐大的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。比如：人事檔案管理、生產(chǎn)計劃管理以及購銷合同管理等。只有科學(xué)合理的使用微型計算機(jī)，進(jìn)行辦公自動化以及信息管理。比如國家對人口的身份信息管理就是一個比較龐大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，過去依據(jù)人來管理經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，連身份證號碼都出現(xiàn)重號、錯號等現(xiàn)象，但采用微型計算機(jī)管理之后，不但規(guī)范了管理還大大降低了這些錯誤。

3）自動化儀表儀器。對于一起儀表的安裝之中，使用微型計算機(jī)之后能夠增強(qiáng)儀器儀表的功能，提高其使用性和可靠性，同時還減小了儀器儀表的體積和重量。

4）教育、文化娛樂以及家用。在教育中已經(jīng)普遍采用計算機(jī)輔助教學(xué)，目前已經(jīng)成為了主要教學(xué)手段，就是使用多媒體技術(shù)也必須要通過微型計算機(jī)這個平臺來實現(xiàn)。而且利用微型計算機(jī)結(jié)合多媒體形成了組合影像設(shè)備，已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，成為了人們生活提高的象征。

篇7

關(guān)鍵詞：CPU；主板；供電電路；電源控制芯片

中圖分類號：TP307文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 （2010） 14-0000-02

Computer CPU Power Supply Circuit Board Analysis and Repair

Zou Shixi

（Liaoning Mechanic&Electric College,DanDong118000,China）

Abstrct:This paper discusses the computer CPU power supply circuit board composition,work theory,repair process,due to problems caused by the circuit and the causes of common faults analyzes,puts forward ways to deal with the maintenance.

Keyword:CPU;Motherboard;Power supply circuit;Power Control Chip

一、引言

CPU供電電路為CPU提供電能，保證CPU在高頻、大電流工作狀態(tài)下穩(wěn)定地運(yùn)行，滿足正常工作的需要，是計算機(jī)主板中唯一工作在大電流狀態(tài)的供電電路單元，由于供電電路元器件發(fā)熱量較大，市網(wǎng)的強(qiáng)電磁脈沖及周圍環(huán)境條件因素也能影響到本供電電路，所以它是計算機(jī)主板中故障率最高的部位。另外一方面，該供電電路是采用脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)直流穩(wěn)壓電源，不同計算機(jī)主板其供電電路結(jié)構(gòu)基本相同，故障也有一定的規(guī)律可尋，只要了解它的電路工作原理，就能掌握該電路的維修技術(shù)，有一定的實際意義，減少大量的維修時間。

二、CPU 供電電路的組成與工作原理

CPU供電電路通常采用PWM（Pulse width Modulation，脈沖帶寬調(diào)制）開關(guān)電源，該部分電路主要是由場效應(yīng)管（MOSFET）、PWM控制芯片、扼流線圈、儲能線圈、濾波電容和電阻等元器件組成。它將12V或5V主電壓轉(zhuǎn)化成高精度的CPU Vcore供電電壓。附圖是某品牌G31芯片組計算機(jī)主板上CPU供電電路的組成部分，本供電電路采用INTESIL公司生產(chǎn)的ISL6556和HIP6601B芯片組以及場效應(yīng)管（MOSFET）等電路所組成。來完成對四相供電開關(guān)管的驅(qū)動。ISL6556是高精度多相PWM控制器，它可以支持新一代VRlO處理器的供電需求，ISL6556是主控制芯片，HIP6601B 則是MOSFET開關(guān)晶體管的驅(qū)動芯片。當(dāng)按下主板上的開機(jī)按鍵后，ATX電源就會輸出+5V的供電電壓，這個電壓加到PWM控制芯片DU10（ISL6556BCR）的VCC腳，為PWM控制芯片提供工作電壓。

ATX電源輸出的“電源正常”信號經(jīng)過相關(guān)電路處理后，送到PWM控制芯片DUlO（ISI6556BCR）的PGOOD腳，使PWM控制芯片復(fù)位。PWM控制芯片復(fù)位后，內(nèi)部振蕩器開始振蕩，從PWM1、PWM2、PWM3、PWM4腳輸出四路PWM波形信號，

PWM控制芯片DU1O（ISL6556BCR）的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4腳輸出的四路PWM波形信號，分別經(jīng)過兩個相位控制集成電路HIP6601B后，分別輸出8個反相（4相）的控制信號，控制16個場效應(yīng)管的導(dǎo)通與截止（每相采用4個場效應(yīng)管兩兩并聯(lián)）。

L2-L5是儲能電感，這些電感的一端分別與每一相電源的控制場效應(yīng)管相連，另外一端并聯(lián)，將這四相輸出電壓并聯(lián)后，再經(jīng)過多個電解電容濾波，得到平滑穩(wěn)定的電壓供應(yīng)給CPU。Ll是濾波電感，將CPU輔助供電插座輸入的+5V電壓濾波后，送到電源控制電路。

輸出的四路電壓經(jīng)過四個2.7kΩ的電阻，分別耦合到PWM控制芯片DUlO（ISL6556BCR）的ISEN1、ISEN2、ISEN3、ISEN4腳，作為電流檢測信號，經(jīng)過DUl0（ISL6556BCR）的內(nèi)部電路處理后，改變輸出PWM脈沖的占空比，使得各相輸出電壓的負(fù)載基本相等，實現(xiàn)過流保護(hù)。

PWM控制芯片DUlO（ISL6556BCR）的ENLL腳是“基準(zhǔn)電源正?！毙盘柕臋z測電路。當(dāng)基準(zhǔn)電源（基準(zhǔn)電源一般由三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到）正常時，ENLL腳為低電平，內(nèi)部電路開始工作，為CPU供電。若基準(zhǔn)電源不正常，則ENLL腳為高電平，內(nèi)部的振蕩器停止丁作，切斷對CPU的電壓供應(yīng)。

DUlO（ISL6556BCR）的EN腳是使能控制端，該端控制信號由I/O芯片輸出，正常工作時，該腳電壓高于1.24V。

目前計算機(jī)主板比較常用的CPU供電電路主控制芯片還有美國ANNALOG公司的ADP3168+ADP3418芯片組、RichTeck公司的RT9248A+RT9603芯片組、INTESIL公司的ISL6566單芯片控制電路等，它們的工作原理相同，供電電路也基本大同小異。只要掌握了它們的工作特點(diǎn)，有基本的維修工具，如恒溫焊臺、熱風(fēng)槍，就能夠順利進(jìn)行故障的排除工作。

三、計算機(jī)主板CPU供電電路常見的故障分析

（一）供電電路無輸出電壓導(dǎo)致CPU 不工作

CPU供電電路無輸出電壓而導(dǎo)致CPU不工作（不開機(jī)自檢）是電腦主板最常見的故障之一。這種故障常常是由下列原因所致：

1.電源管理芯片。

電源管理芯片損壞后，也將導(dǎo)致CPU主供電沒有電壓輸出，在加電情況下，將無法控制場效應(yīng)管的工作，無法為CPU供電，首先測量電源管理芯片工作條件是否滿足，來判斷芯片是否損壞，導(dǎo)致主板CPU不工作并不一定是由其CPU供電電路引起的，如主板上的石英晶體振蕩器損壞、時鐘電路工作不正常，CPU自然也就無法工作了。

2.場效應(yīng)管由于工作過程中過載、過熱等引起擊穿的現(xiàn)象。

場效應(yīng)管損壞，將導(dǎo)致CPU主供電沒有電壓輸出，一般“低端管”損壞。因為在高端管截止的瞬間儲能電感會產(chǎn)生較高的反峰壓，容易造成低端管的損壞。所以在維修時應(yīng)首先檢查此場效應(yīng)管是否正常，當(dāng)控制芯片ISL6556檢測到輸出場效應(yīng)管狀態(tài)異常時會停止對HIP6601B驅(qū)動芯片的輸出信號，確保CPU不被損壞。

（二）電腦使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)重啟現(xiàn)象

這種故障現(xiàn)象有多種原因。首先排除計算機(jī)軟件故障、硬盤、內(nèi)存等引起本故障的因素后，就可以打開機(jī)箱檢查與CPU插座附近一排電解電容是否有“爆漿”現(xiàn)象。導(dǎo)致CPU供電電壓不正常、不穩(wěn)定均，從而造成本故障現(xiàn)象。如果CPU供電電路元件長期發(fā)熱或周圍的溫度過高，容易造成電容的電解液干枯、漏電以至損壞。

CPU是整個計算機(jī)系統(tǒng)的主板核心部分，是計算機(jī)三大主要部件之一。CPU正常工作必須要有穩(wěn)定、干凈的直流電源才行。如果CPU供電電路的濾波電容損壞，就會影響到輸出電壓的平穩(wěn)性，很容易造成死機(jī)等現(xiàn)象

（三）濾波電容導(dǎo)致主板工作不穩(wěn)定

這種故障往往會導(dǎo)致無法正常提供CPU供電或主板工作不穩(wěn)定，這種主板故障的電腦往往不能正常啟動到視窗工作界面，有時甚至一開機(jī)就死機(jī)或重啟。

四、結(jié)束語

CPU供電電路是主板上極其重要而且容易出現(xiàn)故障的一部分電路。掌握了它的工作原理和故障特點(diǎn)，就能夠比較容易的維修好這部分電路，提高主板維修的效率。

篇8

2、計算機(jī)在運(yùn)行時，先從內(nèi)存中取出第一條指令，通過控制器的譯碼，按指令的要求，從存儲器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的運(yùn)算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去。接下來，再取出第二條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。

依此進(jìn)行下去。直至遇到停止指令。程序與數(shù)據(jù)一樣存取，按程序編排的順序，一步一步地取出指令，自動地完成指令規(guī)定的操作是計算機(jī)最基本的工作原理，這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮.諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮.諾依曼原理，馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)的工作原理可以概括為八個字：存儲程序、程序控制。

3、存儲程序：將解題的步驟編成程序（通常由若干指令組成），并把程序存放在計算機(jī)的存儲器中（指主存或內(nèi)存）。

篇9

關(guān)鍵詞：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；課程；知識；系統(tǒng)化

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課知識很多，而且錯綜復(fù)雜，教材一般是將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容按“塊”組織并展開的，如計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。同樣，授課一般也是依教材的內(nèi)容和次序進(jìn)行組織，一塊一塊內(nèi)容、一堂課一堂課講解，因此，學(xué)生積累的是點(diǎn)，最多也就是面的知識，而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個系統(tǒng)，學(xué)生僅僅掌握面的知識不是課程的目的，把面的知識變成立體的知識并形成系統(tǒng)，知識才能活起來、才能有用。

目前，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教材均沒有對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識進(jìn)行梳理、總結(jié)的內(nèi)容。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容介紹完成后，對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容進(jìn)行梳理總結(jié)很重要。通過教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)采用穿插、聯(lián)系和系統(tǒng)的方法能夠讓學(xué)生將學(xué)到的知識形成系統(tǒng)。

1構(gòu)建和配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1.1從簡單網(wǎng)絡(luò)及其配置說起

兩臺計算機(jī)通過雙絞線連接起來，說明雙絞線4根線的作用、水晶頭連線的做法、連通檢測工具，交叉線和直通線用法。兩臺主機(jī)配置IP地址、子網(wǎng)掩碼，用Ping檢查網(wǎng)絡(luò)是否連通，將文件夾作為共享資源。通過Ping命令的功能復(fù)習(xí)ICMP協(xié)議。

通過共享集線器或者交換機(jī)連接主機(jī)組成小的

局域網(wǎng)。結(jié)合本校網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備，配置交換機(jī)的IP地址，配置VLAN，檢查VLAN配置是否正確。據(jù)此，介紹共享集線器工作原理、特點(diǎn)、工作的層、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。介紹交換機(jī)工作原理、特點(diǎn)、工作的層，區(qū)分半雙工和全雙工工作方式，由交換機(jī)組成的VLAN工作原理、應(yīng)用場合。

在這個基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹以太網(wǎng)的組成、以太網(wǎng)的擴(kuò)展(包括中繼器、網(wǎng)橋、集線器的級聯(lián))、高速以太網(wǎng)等。

通過路由器連接兩個局域網(wǎng)，結(jié)合本校網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備，配置路由器的IP地址、靜態(tài)路由表，主機(jī)IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)。據(jù)此，介紹路由器的工作原理、路由表及其形成。進(jìn)一步通過2個路由器連接3個網(wǎng)絡(luò)，其中中間是廣域網(wǎng)，并以此作為一個小的自治系統(tǒng)，配置路由器的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP。在這個基礎(chǔ)上，總結(jié)自治系統(tǒng)及其內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP。

如果有可能，可以對幾個典型的網(wǎng)絡(luò)案例進(jìn)行分析[1]。

1.2從接入互聯(lián)網(wǎng)談起

通過本地IP地址和全局IP地址，引入服務(wù)器、NAT和VPN。分別介紹它們的工作原理、應(yīng)用場合、上網(wǎng)的特點(diǎn)。

通過家庭上網(wǎng)，介紹ADSL工作原理、連接方法。介紹家庭無線路由器工作原理、連接方法、上網(wǎng)的特點(diǎn)。

介紹一個單位網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、設(shè)備配置、結(jié)構(gòu)化布線方案和接入因特網(wǎng)方法。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要突出星型結(jié)構(gòu)，傳輸介質(zhì)主要突出雙絞線和光纖。以自己熟悉的當(dāng)前運(yùn)行的單位或者政府(例如區(qū))網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行分析。通過碰撞域和信號不失真?zhèn)鬏斁嚯x解析采用傳輸介質(zhì)的最大長度。

介紹工業(yè)現(xiàn)場典型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備配置。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要突出總線結(jié)構(gòu)，同時介紹RS485和CAN總線等。設(shè)備包括PLC、工控機(jī)和嵌入式裝置。

介紹本校校園網(wǎng)的構(gòu)成(包括校內(nèi)無線網(wǎng))、本城市內(nèi)校園網(wǎng)的連接、如何連入中國教育與科研網(wǎng)[2]。

2把IP地址及其相關(guān)問題聯(lián)系在一起

先提出下列問題：“如果學(xué)生宿舍兩臺計算機(jī)通過集線器連在一起，如果IP地址分別配置成192.168.1.1和192.168.2.1，這兩臺計算機(jī)是否無法打交道？”學(xué)生當(dāng)然是能夠回答的。但如果提出“計算機(jī)為什么要同時采用IP地址和硬件地址？”這個問題，有不少學(xué)生說不到位。課程總結(jié)時，通過第一個問題，復(fù)習(xí)IP地址的分類、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡(luò)號、主機(jī)號等。通過IP地址分類的缺限，介紹子網(wǎng)和超網(wǎng)(CIDR)原理、計算方法及其與它們有關(guān)路由器查找路由算法的變化。通過IP地址存在的問題，對IPV6主要特點(diǎn)作個介紹。

通過第二個問題，介紹IP地址用于找到目的主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，而在同一個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)采用的是數(shù)據(jù)鏈路層的幀傳輸，而幀采用是硬件地址(封裝在MAC 幀中稱為MAC地址)，通過ARP可以將目的主機(jī)的IP地址查到對應(yīng)的硬件地址。

關(guān)于計算機(jī)在廣域網(wǎng)中的地址，將最簡單的層次結(jié)構(gòu)地址與EUI-48地址進(jìn)行對比，說明它們的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)。

在由IP地址得到網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號基礎(chǔ)上，引入單播、廣播、多播。通過上面的介紹，單播就不需要更多說明，主要是廣播和多播。關(guān)于廣播，說明IP地址如何表達(dá)廣播地址，硬件地址如何表達(dá)廣播地址，通過ARP給廣播舉例。關(guān)于多播，介紹IP使用D類地址支持多播，以太網(wǎng)多播地址表達(dá)方法以及它們的映射關(guān)系。關(guān)于多播其他內(nèi)容包括IGMP，因為內(nèi)容多，應(yīng)該專門梳理。

在介紹硬件地址和IP地址的基礎(chǔ)上，引入域名和DNS，域名需要說明域名樹型結(jié)構(gòu)，DNS需要說明它的作用、DNS服務(wù)器的分布、由域名查找對應(yīng)的IP地址的過程。從而形成了域名――IP地址――硬件地址系統(tǒng)知識鏈。

3為了提供更好的“服務(wù)”費(fèi)盡心血

3.1理解兩種“連接”服務(wù)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從不同層面提供面向連接可靠的服務(wù)和無連接不可靠的服務(wù)，而且由此產(chǎn)生了很多相關(guān)問題，學(xué)生不易理解，認(rèn)為交給目的主機(jī)的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)該是正確的和完整的。為了進(jìn)一步理解這兩種服務(wù)的特點(diǎn)，可以先大致介紹文件傳輸、IP電話等工作原理，讓學(xué)生明白，有些應(yīng)用到達(dá)目的主機(jī)的所有數(shù)據(jù)都必須是正確的和完整的，例如文件傳輸。有些應(yīng)用(例如IP電話)實時性比可靠性更重要，個別數(shù)據(jù)包丟失或者不正確并不影響它的使用。在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，為了適應(yīng)不同應(yīng)用的需要，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要同時提供面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)。然后，從運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層分別展開說明。

UDP和TCP是TCP/IP體系運(yùn)輸層提供的無連接服務(wù)和面向連接服務(wù)，在應(yīng)用層，DNS、RIP、DHCP、SNMP、IP電話、流式多媒體通信等都采用UDP服務(wù)，而HTTP、FTP、SMTP、TELNET等都采用TCP服務(wù)。因為UDP是無連接服務(wù)，所以它報文格式首部比較簡單。TCP是面向連接服務(wù)，所以它報文格式首部非常復(fù)雜。TCP為了實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，傳輸前需要建立連接，連接成功才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸結(jié)束后需要釋放連接。為了可靠建立連接，需要3次握手。數(shù)據(jù)傳輸時，通過“窗口”協(xié)調(diào)雙方的傳輸節(jié)奏，通過檢驗和判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確，通過確認(rèn)報文通知發(fā)送方已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)情況，等等。傳輸結(jié)束，需要雙向釋放連接。通過上面UDP和TCP數(shù)據(jù)傳輸穿插和比較，把許多概念聯(lián)系起來，區(qū)分開來[3]。

TCP/IP體系的網(wǎng)際層提供的是無連接的IP服務(wù)。

在數(shù)據(jù)鏈路層，以前非常流行的連續(xù)的ARQ協(xié)議是面向連接的可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，所以，需要包含建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接過程，幀頭部包含序號字段，用于描述當(dāng)前傳輸?shù)膸木幪柡徒邮辗綄κ盏降膸_認(rèn)，用FCS字段表達(dá)數(shù)據(jù)檢驗，用確認(rèn)幀告訴發(fā)送方接收的幀是否正確。而當(dāng)前流行的PPP協(xié)議的幀格式中沒有序號字段，因為它是無連接的傳輸協(xié)議。同樣，以太網(wǎng)也是采用無連接傳輸協(xié)議，所以，以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn)和IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀格式都很簡單。實際上，無連接的傳輸協(xié)議并不一定就是不可靠的數(shù)據(jù)傳輸，像以太網(wǎng)本身傳輸很少出錯，由于協(xié)議簡單，所以網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率非常高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張衛(wèi),俞黎陽. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程[M]. 2版. 北京:清華大學(xué)出版社,2009:284-289.

[2] 吳功宜,吳英. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)教程[M]. 3版. 北京:清華大學(xué)出版社,2010:210-224.

[3] 謝希仁. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) [M]. 5版. 北京:電子工業(yè)出版社,2008:1-306.

[4] 吳功宜,吳英. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)教程題解與實驗指導(dǎo)[M]. 3版. 北京:清華大學(xué)出版社,2009:17-37.

[5] 陳鳴,常強(qiáng)林,岳振軍. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教程:從原理到實踐[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:1-417.

[6] 張曾科. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) [M]. 3版. 北京:清華大學(xué)出版社,2009:233-270.

Interweave, Associate and Systematization:The Practice and Think about the Summary Course of Computer Network

ZHENG A-qi

(College of Computer Science &Technology, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)

篇10

【關(guān)鍵詞】微機(jī)原理與接口技術(shù) 教學(xué)設(shè)計

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）32-0054-02

一 教學(xué)起點(diǎn)分析

1.教學(xué)需要

微機(jī)原理與接口技術(shù)是我院本科學(xué)生必修的一門課程，是研究微機(jī)基本工作原理及接口電路設(shè)計方法的重要課程，對于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用軟硬件知識解決實際問題的能力具有重要的意義，能為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

2.學(xué)生情況

本課程涉及相應(yīng)的編程語言，根據(jù)實際情況，要求學(xué)生有一定的編程和讀程序的功底，但這部分對學(xué)生來說相對較難掌握，雖然在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)、C語言程序設(shè)計課程，有了一定的計算機(jī)操作和編程基礎(chǔ)，但這部分對學(xué)生來說還存在底子薄弱、動手能力較低的問題。因此，需要針對實際存在的問題，制定滿足他們學(xué)習(xí)需求的教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，雖然學(xué)習(xí)本門課程存在一定的困難，尤其是在指令系統(tǒng)和匯編語言學(xué)習(xí)部分，但只要態(tài)度認(rèn)真，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)還是能夠?qū)崿F(xiàn)。

3.教學(xué)內(nèi)容

本課程由兩大模塊構(gòu)成，第一部分主要是介紹微型計算機(jī)的各部分構(gòu)件以及它們的使用方法；第二部分主要介紹了8088/8086的指令系統(tǒng)以及匯編語言的完整結(jié)構(gòu)。

相對來說，第一部分主要是理論知識，而第二部分的學(xué)習(xí)過程中，實踐性較強(qiáng)。學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)在于第二個模塊的學(xué)習(xí)中，如果積極引導(dǎo)大部分學(xué)生，可以保持較高的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。

二 教學(xué)目標(biāo)

1.總體目標(biāo)

通過教學(xué)與實驗，學(xué)生能闡述微型計算機(jī)的基本工作原理、匯編語言程序設(shè)計的基本方法，設(shè)計并上機(jī)調(diào)試匯編語言程序，概括微機(jī)與I/O設(shè)備接口電路的工作原理，設(shè)計存儲器及I/O設(shè)備的接口電路，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他計算機(jī)知識和進(jìn)行硬件開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2.分類目標(biāo)

知識與技能：（1）解釋微機(jī)原理的基本概念。其中包括：數(shù)制及其編碼；微機(jī)的基本組成和工作原理；最小/最大模式和系統(tǒng)總線形成的概念。（2）會使用匯編語言編程及上機(jī)調(diào)試程序，提高學(xué)生的實際動手能力。其中包括：尋址方式；指令系統(tǒng)；順序、分支、循環(huán)及子程序結(jié)構(gòu)。（3）設(shè)計接口電路。其中包括：CPU與存儲器的連接；接口芯片與微機(jī)總線的連接應(yīng)用及初始化編程。

過程與方法：（1）通過課堂講授、分組討論等教學(xué)環(huán)節(jié)，理論聯(lián)系實際，學(xué)會具體問題具體分析，提高分析和解決問題的能力。（2）通過對實際需求的分析和討論，設(shè)計出可行的解決方案，學(xué)會微型計算機(jī)系統(tǒng)的電路設(shè)計方法和編程方法。（3）通過上機(jī)實驗環(huán)節(jié)，學(xué)會程序調(diào)試的方法，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。

情感態(tài)度與價值觀：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能感受到計算機(jī)知識對生產(chǎn)、生活和工程技術(shù)的影響；關(guān)注計算機(jī)硬件發(fā)展的前沿動態(tài)；養(yǎng)成獨(dú)立思考、刻苦鉆研、善于質(zhì)疑的良好習(xí)慣以及實事求是的科學(xué)態(tài)度。

三 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

第一部分：微型計算機(jī)基礎(chǔ)知識。進(jìn)行二進(jìn)制運(yùn)算；復(fù)述BCD、ASCII碼的編碼方法；闡述CPU寄存器的結(jié)構(gòu)及作用、CPU引腳功能、存儲器分段與物理地址形成；闡述最小/最大模式的概念和系統(tǒng)組建、系統(tǒng)總線形成。

第二部分：8088/8086指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計。區(qū)別8088尋址方式；解釋常用8088指令的功能；設(shè)計匯編語言程序；上機(jī)調(diào)試程序。

第三部分：存儲器系統(tǒng)。對存儲器進(jìn)行分類；設(shè)計存儲器的譯碼電路；繪制存儲器電路連接圖。

第四部分：輸入與輸出和中斷技術(shù)。說明I/O端口編址方式；對I/O數(shù)據(jù)傳送方式進(jìn)行分類；利用給定模塊設(shè)計I/O接口電路；對I/O電路進(jìn)行初始化編程。

第五部分：常用外設(shè)及多媒體技術(shù)。說出鍵盤的基本工作原理；知道LCD、LED的原理。

四 教學(xué)策略

在教學(xué)中，嚴(yán)格按照課程標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行教學(xué)。采用溫故知新的方式，每次在講新課之前復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容，每章結(jié)束時復(fù)習(xí)本章重點(diǎn)、難點(diǎn)，詳細(xì)解答課后習(xí)題中出現(xiàn)的問題。在課程講授過程中，根據(jù)學(xué)生的實際情況適當(dāng)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，盡量滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。

將整個教學(xué)過程分為課堂講授、上機(jī)實習(xí)、綜合設(shè)計、考核評價等環(huán)節(jié)。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的差異和學(xué)生的特點(diǎn)，以理論知識為根本，以實際應(yīng)用為導(dǎo)向，從典型問題的解決入手，剖析現(xiàn)象，得出結(jié)論，指導(dǎo)應(yīng)用。通過課堂講授使學(xué)生重點(diǎn)理解微型計算機(jī)系統(tǒng)的基本概念、組成原理、程序及電路設(shè)計方法；通過課堂討論，促進(jìn)教學(xué)互動；通過上機(jī)實習(xí)加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

五 教學(xué)進(jìn)程設(shè)計

根據(jù)課程特點(diǎn)和要求，課程教學(xué)由課堂理論教學(xué)和機(jī)房的講練結(jié)合教學(xué)兩部分組成。本課程共計70學(xué)時，課程內(nèi)容分為八個部分，根據(jù)每個部分的教學(xué)內(nèi)容和難易程度，具體的教學(xué)實施安排見附表。

六 實施建議

1.教材和參考資料

微機(jī)原理與接口技術(shù)教材要以課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的目標(biāo)為選編指導(dǎo)思想。在滿足課程標(biāo)準(zhǔn)基本要求的前提下，教材內(nèi)容應(yīng)盡可能豐富，滿足不同學(xué)生的需要。

教材選編建議：適合本科學(xué)生的需要；突出實用性、前沿性；充分體現(xiàn)本課程的教學(xué)理念。

教材的使用建議：教師要善于結(jié)合實際教學(xué)需要，靈活地和創(chuàng)造性地使用教材，對教材的內(nèi)容、編排順序等方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩峄蛘{(diào)整。

2.考核評價的主要方式

采取理論考試與上機(jī)考試相結(jié)合的方式進(jìn)行考核，理論

考試成績占70%，上機(jī)考試成績占30%。

3.教學(xué)保障條件建議