计算机组成原理基本知识范文1
关键词：系统观；计算机系统；教学内容；教学方法
一、引言
计算机组成原理是计算机专业核心基础课，传统上主要讲述构成计算机硬件系统的各功能部件的基本工作原理以及互连构成整机系统的技术。从2009年至今，在计算机考研统考中，计算机组成原理内容占了约1/3的分值比例。
随着计算机科学内涵和外延的扩展，计算机组成原理传统的教学模式也有了改变，在教学内容、教学方法及实验内容上都有一定的改进。从计算机科学的长远情况来看，未来的计算机设计、应用更需要从系统角度考虑，所以对计算机组成原理进行教W改革很有必要。
二、教学改革原因分析
计算机系统由硬件和软件两大部分组成，但随着计算机结构的复杂化和应用领域的扩大化，通常用层次结构来描述计算机系统。一种计算机系统的层次结构描述如图1所示，传统的计算机组成原理主要讨论传统机器M1和微程序机器M0的组成原理和设计思想。
但这种主要关注硬件部分的教学思想，弊端早就被感知，在国外的教学中也早被摈弃。如Patterson和Hennessy教授曾指出，“软件设计者对软件系统运行环境的硬件技术是否了解、了解多少，会很大程度地影响软件系统的性能。同样，硬件设计者必须了解设计决策将对软件产生怎样的影响”。这种硬件、软件应一起考虑的思想，在我国正逐步推广。如清华大学科教仪器厂所生产的TEC-XP计算机组成原理实验系统，其提供的实验内容既包括对CPU结构的设计、机器指令的设计等，也包括使用Basic语言的软件设计。
从计算机考研统考对一般教师的教学及学生的学习所起的指导性作用来看，也在强化这种软硬件结合，即不能把计算机组成原理只作为一门硬件课程来看待。表1统计了2009～2014年计算机考研统考试卷中软硬件内容相结合的题目。
表1 软硬内容结合题目统计
而从计算机及其应用的发展来看，20世纪80年代，信息技术和通信为互联网打开了大门，到了90年代，一个很重要的革命始于嵌入式系统技术的传播。现在值得期待的是嵌入式和互联网融合的成果――物联网的出现。很难想象未来20年计算机科学会是什么模样，但2007年图灵奖获得者约瑟夫・斯法科思指出：计算机科学的范围正从算法和程序逐渐向系统转移。在这样的系统发展观下，对计算机组成原理这样的基础课程所进行的教学改革就具有非常重要的意义。
三、教学改革探讨
1.教学内容的改革
最初的计算机专业人员对计算机的工作原理和工作方式了如指掌。计算机体系中的硬件、软件、编译器以及操作系统之间的交互既简单又透明。然而，随着现代计算机技术的日趋复杂，这种明晰性不复存在，导致一种无法避免的结果，即领域专业化，使多门计算机科学领域应运而生，每个领域只涵盖学科的某一个方面。如果学生或计算机从业人员不能把多门课程知识融合到一起，他们常会产生不安的感觉，因为他们没有完全透彻地理解计算机硬件系统和软件系统是如何紧紧地关联在一起的。
21世纪的社会结构中，计算机将成为关键支柱。过去的计算机研究以性能作为主要的优化目标，现在必须认识到常规的计算机已经被上下文计算（如传感器、移动终端、客户端、数据中心）所取代。这种转变更强调超越性能的以人为本的设计目标。在这样的背景下，作为基础课程的计算机组成原理的教学内容就应强调多门计算机课程内容的综合理解。比如，计算机运算器部分内容的讲解，既需要基本的数字电路知识，也需要介绍基于FPGA或CPLD的电路设计，因为将来的系统应用可直接采用可重用的IP（知识产权）核。在基于FPGA的电路基础上，可以让学生从基本功能部件设计开始，设计CPU、存储器和接口，最终将CPU、存储器和I/0接口通过总线互连为一个完整的计算机硬件系统。
进一步考虑我们培养的学生，大多数人没有机会构造计算机系统，他们未来主要的工作只是使用计算机或编写计算机程序，所以在教学中对内容的选取也应从程序员的角度来讲解。比如，数据的表示与运算内容的讲解，应该考虑在实际语言程序中的执行情况，分析实际程序中常见的问题与误解。针对流水线等处理技术与编译优化相关，可以以MIPS为模型机进行介绍，利用MIPS模拟器为编译技术的实验提供可验证实验环境。
2.教学方法的改革
在教学内容改革的基础上，重视多门计算机课程内容的综合理解，增加了很多教学内容，这无疑会加重教师和学生的负担，所以此时的教学方法也应进行相应的改革。
（1）采用启发式教学方法。启发式教学方法是教师启发学生积极思维，使他们主动掌握知识的一种教学方法。在较多的教学内容下，教师不可能进行知识的详细讲解、分析，所以应该深刻理解课程的重点，了解计算机科学的最新发展和知识的应用情况，在必要时抛出一些问题，引导学生进行积极思考，主动探究问题的解决方法。如针对无符号数据的表示与运算，可启发学生分析C语言下和JAVA语言下的不同处理，最终理解计算机对数据运算的处理本质。
（2）突出理论知识的实际应用。计算机组成原理的教学内容多较抽象，学生理解的难度较大。教学中要注意理论知识的实现环节，针对一个理论知识点，给出其在实际系统中的应用情况，这会引起学生的兴趣。如浮点数的IEEE754表示，单纯通过讲授来掌握其表示特点非常困难，如果在实际语言环境中（比如C语言）让学生看到浮点数在机器中的二进制表示，就会非常直观。
（3）重视实验与实践教学环节。实验和实践是计算机组成原理教学过程的一个重要环节。一方面，可以进一步深化学生对理论知识的理解和掌握；另一方面，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。如利用一套承上启下的基于FPGA开发板的综合实验平台，不仅能完成计算机各功能部件的设计验证，也能创新性地设计CPU及整机系统。但现阶段的计算机组成原理实验设备和实验内容还有不完善的地方，在现有的教学模式下，实验和实践的课时是受限的，能突破课时限制的开放式实验环境比较匮乏。
四、小结
计算机系统是软件和硬件的组合，但未来的系统设计不应只考虑系统软件和硬件的交互，还要考虑系统和它的受控环境。目前的计算机科学教师常忽略对学科的宏观描绘，这也限制了课程的教学内容、教学方法及教学效果。本文立足于计算机组成原理，探讨了系统观下的教学改革情况。
参考文献：
[1]马辉，王丁磊.计算机组成原理[M].北京：中国水利水电出版社，2010：10-11.
[2]王丁磊.统考下的“计算机组成原理”教学方法探讨[J].计算机教育，2010（6）：91-93.
[3]王志英.计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J].计算机教育，2013（9）：1-6.
计算机组成原理基本知识范文2
计算机硬件基础是计算机大类专业的一门专业必修课，涉及到计算机组成、结构、原理。学完该课程后学生应当掌握数字逻辑基础、计算机系统的基本组成、计算机数据表示、计算机各硬件部分的组成及功能、计算机的工作原理、计算机组装与日常维护等。学好了计算机硬件基础，学生在今后学习高级程序设计、数据库等应用课程时将会领悟得更加透彻。
二、计算机硬件基础职业教育教学存在的不足及改进办法
计算机硬件基础课程现阶段存在的最大不足之处是：重理论，轻实践。受到传统教学的影响，高职课堂还是以理论知识为主、实验课为辅，这就造成了学生上课积极性不够高，即使听懂了也没有办法通过实践巩固所学知识。比如，学生虽然知道计算机由哪些部分的组成，但是依然有大部分同学不知道如何拆开主机箱，不能具体说出机箱内各个部件的名字。其次，课程设计枯燥乏味，不能激发学生自主学习的热情。计算机硬件基础有大量的理论知识，只有通过科学、有趣的课程设计，才能吸引学生兴趣，进一步提学习质量和效率。要做好计算机硬件课程教学，可以注意以下几点：
（一）任课教师要重视学生思想
教学不仅是传授知识，也是培养学生思想和能力的过程，所以教师在教授课程知识的同时，也应当注意加强学生思想教育和能力培养，融入思政元素，树立国家正面形象。为了加强学生良好行为习惯的养成，可以适当提高学生平时成绩占比，给学生一定自由发展的空间。
（二）突出学生主体
《计算机硬件基础》作为计算机大类专业的基础课程，必须对课程理论知识有全局的把控，包括计算机的基本组成、结构和工作原理以及计算机组装与维护的基本技能的学习。同样重要的是，要通过实践课程激发学生的自主学习兴趣，全面地理解计算机的组成结构和工作原理。
（三）尊重个体差异
在教学过程中，倡导自主学习，也要尊重学生群体中的个体差异。因此，要建立合理的评价体系：在平日的教学过程中以学生的表现为主，主要是培养学生的自觉性和学习信心；课程的终结评价应当着重考查学生的基础知识和知识应用能力。这两部分评价都是为了促进学生的知识应用能力和健康人格的发展。
（四）拓展学习渠道
注重理论与实践相结合。在任课教师引导下，学生可以分组对知识点进行分析、案例演示，学会归纳总结，达到增强对计算机组成和工作原理的理解的目的。教师可以先进行基础知识的讲解，开展分组讨论，促进学生对所学理论的理解和运用；充分利用多媒体、网络、视频等现代教学手段，有条件的甚至可以组织参观计算机生产基地等，充分调动学生学习积极性。
(五)强调工学交替
学习借鉴“四环相扣”教学改革成果，课程教学目标应当围绕能力标准，课程本身按模块设置，教学过程充分工学交替，考核评价采用理论教考分离与过程考核相结合，避免教师单方命题。
三、市场对计算机硬件人才的需求情况
通过在当今主流应届生招聘平台进行了解，社会市场对计算机硬件方面需求的人才主要需求量同样巨大，一般要求应聘者需要掌握以下技能：（1）了解数字和模拟电路基础知识，具有数字电路设计经验；（2）了解嵌入式系统开发和软硬件架构；（3）具有单片机、ARM等处理器硬件设计基础；（4）具有独立完成模块调试、故障诊断、维修能力；（5）熟悉计算机编程；可以看出，高职计算机专业学生在学好编程的同时，若能在硬件方向有所造诣，求职竞争力会更加大。任课教师在授课的过程中，可以将就业市场需求为驱动，系统规划计算机硬件课程教学实施，激发学生自主学习的热情。
计算机组成原理基本知识范文3
关键词：CDIO模式；项目驱动；专业能力结构；教学改革
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）31-0086-02
CDIO是工程文化教育的一种先进理念，它以工程项目为主线，做到将理论知识应用到实践中来，在理论转化到实践的过程中“做中学”和“基于项目的学习”是《现代计算机组成原理》的主要教学模式。在教学过程中探索CDIO模式下在教学大纲、课程内容、教学方法、课程评价等方面进行了一系列改进，学习过程中注重能力的培养和习惯的养成，具备较强的项目开发、设计能力及创新能力。
一、课程内容
《现代计算机组成原理》是计算机专业的专业基础课，作为《计算机组成原理》和《计算机体系结构》同类课程的后续课程，增加了有关现代计算机组成的新知识点，如QuartusII应用、大规模FPGA应用、基于JTAG的多种测试手段、嵌入式模块的应用、SOPC技术、软核处理器系统设计、硬件描述语言、硬件仿真、软硬件联合设计与调试方法等。应用CDIO教学模式贯穿始终，其中有基于微程序控制模式的8位CISC模型CPU设计技术；基于状态机控制模式的16位CISC CPU设计技术；MCS51系列单片机兼容型单片机IP软核系统设计方法以及基于流水线技术的16位RISC CPU设计技术等；最后讲解了基于SOPC技术的NiosII（32位IP软核嵌入式处理器）嵌入式系统设计技术。
二、课程地位
在计算机科学与技术专业的基本课程体系中，《计算机组成原理》和《计算机体系结构》处于核心地位，成为计算机专业的核心课程，它在计算机类专业的课程地位上起着承上启下、软硬件兼容的重要作用，在实验和实践方面，多数高校仅完成简单模型CPU的验证性实验，根本谈不上设计，更没有国外高校类同的自主创新型CPU设计实验任务，自主创新能力培养与训练方面的课程内容偏少，因此，应用CDIO教学理念，培养拥有自主知识产权计算机部件或系统设计及创新设计能力的人才。
三、CDIO模式下《现代计算机组成原理》的教学探索与实践
1.教学大纲的设计与实施。《现代计算机组成原理》大纲了改变过去培养模式陈旧、教学手段单一的现状。CDIO大纲制定的第一个目标是强调理论知识和技术技能的提高；目标二是提高学生对新产品、新工艺的认知能力，培养学生提高团队协作能力以及人际技能和对整个开发系统的掌控技能；目标三是教育学生在科技高速发展的社会背景下深刻理解研发的重要性及社会价值，项目开发过程既要考虑到社会责任又要权衡在可持续发展中的作用[1]。
2.教学方式方法的改革。采用形式多样的方法开展教学研究，积极探索高等教育的发展方向，依托星系技术，逐步提高教师“教”的质量，充分调动学生学习的积极性和主动性，不断更新教学理念：（1）构建“理论教学中的工程实践”和“工程实践中的理论教学”教学模式，精选和组织教学内容，适当引入学科的新发展，开阔学生视野。（2）实施启发式、探究式、讨论式、项目驱动的教学方法，树立“能力本位”教育理念。（3）教师积极参与到学生的学习中来，互换角色，同时与科研单位、软硬件设计和开发单位搭建合作平台，采用教师“走出去”，资深专家“走进来”的形式，在校内拓展第二课堂，提高工程实践技能。
3.强化实践教学环节。以实验和项目设计为核心CDIO是教学理念的集中体现。在《现代计算机组成原理》课程教学过程中，建设一个灵活高效开放的实验教学和科研体系，实验教学、项目设计开发、社会服务贯穿于本课程教学的始终。基础实验教学如“组合电路设计”、“时序电路设计”、“ALU设计”“移位运算器设计”等，加深学生对基本概念和核心知识的理解；设计性实验“基本模型计算机设计与实现”、“基于K8051核的液晶显示与等精度频率测试系统设计”、“FPGA与外部16位RAM接口”等，综合实验教学如“流水线CPU综合实验”、“数据通路”、“微控制器组成”等要求学生深入分析整机的组成与结构，以课程设计和生产实习的形式将系统知识综合运用于实践教学体系中，培养学生勤于思考、勇于创新的能力；开设设计性和创新性强的专业项目，以“设计NiosII系统”、“为NiosII系统定制复数乘法器硬件加速指令”等为基础，以小组为单位设计完成一个模拟的项目，培养学生团队协作能力及实际动手能力和创新能力[2]。将各实践环节贯穿于教学过程始终，较好地实现了以能力培养为目标的CDIO教学大纲要求。
4.强化案例化教学。以往届学生设计的优秀作品、科研相关项目以及企业实例来构建和完善案例库，全面提升和不断更新现有的《计算机组成原理》等省级精品课程网络教学资源，对专业核心课程教学资源不断优化和补充，满足课内与课外相结合、课前与课后相互支撑的多元化的教学模式。课程设计题目主要来源于精心挑选的案例库中具有代表性的实例，分析其设计思想和应用方法，进一步加强学生对理论知识的理解，培养学生对系统进行分析、设计和开发的能力，培养学生组织沟通与协调能力，增强团队精神，不断提高其职业技能[3]。
5.推进虚拟实验室平台建设。针对计算机科学与技术专业学生人数不断增加、实验实习压力过大的现状，我们为学生提供了一个开放的、自主的和交互式的虚拟实验环境，设计开发了虚拟实验平台。在此环境下完成系统的各功能模块的项目设计和实现。通过“基于项目的教育和学习”，使得学生能够综合《现代计算机组成原理》的实现机制，为专业课程的学习和探究奠定坚实的实践基础。
6.对学生考核及评分标准的改进。本课程着重考核学生对计算机系统的理论知识和设计技术方面内容的掌握情况，加强本课程考试、考核方式的创新探索，一改过去学生养成的平时不学习考前搞突击、一次期末成绩定胜负的考核方式，综合考虑平时课堂出席情况、作业完成情况、课程实验表现及成绩、项目合作表现、平时考试成绩和期末考试成绩作为考核学生在《现代计算机组成原理》这门课程学习结束的最终成绩。注重学生的过程表现，为学生营造有利于全面发展的良好环境，调动学习的积极性和主动性。
四、将CDIO理念引入《现代计算机组成原理》课程改革与实践中
在教和学的过程中，不断研究和探索人才培养模式。我们采取了以理论学习为基础，以实验和项目设计为核心，采取了“将问题带入实践，在实践中解决问题”的重基础、重实践、重创新的教学模式，同时也做到了“在工程开发中引发思考，在思考中不断探索”的教学理念，不断提升学生对本课程的学习兴趣，取得了预想的教学效果，为培养高质量、创新能力强、专业技能过硬、服务于社会的有用之才打下了基础。
参考文献：
[1]顾佩华，等.以设计为导向的EIP-CDI0创新型工程人才培养模式[J].中国高等教育，2009，（3）：47-49.
计算机组成原理基本知识范文4
关键词 计算机组成原理 计算机辅助教学 交互性 教学改革
中图分类号：G424 文献标识码：A
The Computer Aided Teaching Application Composition
Teaching Reform in the Course of Computer Principle
WANG Dong
（Information Engineering College of Tarim University， Alar， Xinjiang 843300）
Abstract A method for teaching computer organization carried out some exploration， the article discusses the lack of teaching in the course of traditional teaching methods， teaching process exists； combined with "Computer Organization" CAI （Computer Assisted （aided） Instruction-- computer-aided teaching） courseware design and development， explains how the CAI technology to better integrate into the curriculum ideas and teaching methods in order to better strengthen computer architecture course construction.
Key words computer organization； computer aided instruction； interaction； teaching reform
计算机多媒体技术、网络技术和虚拟现实技术的发展，使得计算机在教育领域的应用更加广泛，通过这些技术发展而来的计算机辅助教学手段成为当前的一个热门研究课题，它也是现代教育管理和教学媒体的重要工具。
计算机组成原理是计算机专业的核心硬件基础，在一系列软件、硬件课程中起着承上启下和支撑作用，是所有后续硬件专业课的基础和支撑。本课程以计算机组成结构为中心阐述基本概念和原理，具体介绍了计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术。但是，由于该课程理论性强、概念抽象、内容多、难度大，有些内容难以通过课堂讲授和硬件实验被学生理解掌握；现有的硬件仿真实验箱也无法直观、形象地描述计算机内部组成的工作过程和原理。多数学生对该门课程学习畏难、学不入门、学习效率低、感性认识差，给学生后续专业课程的学习带来了诸多的困难。因此，迫切需要进行教学方法和教学模式的改革探索。
针对这种现状，本文归纳了传统的计算机组成原理课程教学存在的一些不足方面，初步探讨计算机组成原理教学较好的方法，着重研究了如何把计算机辅助教学手段引入到计算机组成原理教学中，寻找到一种既提高学生的兴趣与自觉性，又提高学习效率，符合学生认知规律，又符合现代教学原则的教学模式，使其能得到良好的教学效果。
1 计算机组成原理教学存在问题分析
计算机组成原理教学本身存在着知识点多、内容杂、抽象、难以理解等特点，传统课程教学是采用“三段式”的基本程序进行教学的，即：组织教学、讲授新课、小结内容。
这种教学方法存在的不足主要表现在：（1）学生学习的主动性难以调动。传统课程教学中，教学目标、教学内容、教学过程都是程式化、固定不变的，它不会随着学生思维火花的闪现而变动，在整个教学活动中，教师处于教学的中心地位，往往大都把某个问题的“为什么”、“是什么”、“怎么样”太过具体化；学生只能按照教师讲授的内容被动地接受灌输，其学习的积极性和主动性很难被调动起来。①（2）难以发挥学生学习的创造性。学生学习主动性的欠缺，同时会引发学生创造性的不足。因为在采用传统课程教学方法的教学活动中，教师和学生在传授以及接受知识的过程中，受书本知识内容的影响较大，使得书本知识内容一定程度上约束了教学过程的活力。学生缺乏主动发现、主动探究的学习环境。（3）扼杀了学生的个性。传统计算机组成原理教学的过程本身就是“满堂灌”的形式，教学中较少考虑到学生间接收知识、理解知识的差异，不利于学生对知识的理解和消化；同时，缺少教师与学生、学生与学生之间的交流与相互作用，②扼杀了学生个性的发展。
2 CAI在计算机组成原理教学中的优势
CAI的主要特点是采用图文声像并茂的内容形式，友好的交互性界面，超文本结构组织信息，提供丰富的信息资源。它能激发学生学习的兴趣，调动学生积极参与，扩大学生知识面，提供多种教学路径。③CAI作用于课程教学的基本原理如图1所示。
根据图1可知，教师利用计算机完成课程多媒体内容设计，学生可根据自己的学习情况选择某学习内容，并利用多媒体的交互性来检测学习效果；计算机将结果反馈给教师，教师可根据学生的实际情况调整教学内容，从而确保学生理解和掌握相关的知识内容。
图1 CAI基本原理图
2.1 改进教学方法和体系
CAI的教学模式，能充分发挥其的交互处理能力，应用计算机技术将教师的授课内容通过动画、图像、图形、视频、声音等形式展现出来，增强学生的感性认识，将抽象与形象、理性与感性相结合，提升课堂教学效果。这对学生知识面的拓宽是非常有利的，并且在学习过程中提升了学生对于先进教学思想的感知。
2.2 实现人机交互，提高学生学习的主动性和激发学习兴趣
传统的计算机组成原理教学是采用教师“组织教学、讲授新课、小结内容” 的教学形式，学生的学习是一个被动灌输的过程。而采用CAI教学模式中，能利用计算机技术创设形象、生动和直观的教学情景，有利于沟通知识之间、图形之间的联系，增强教学的趣味性，吸引学生的注意力。学生可以根据自己的学习需求和能力，对某个知识进行一般了解、深入研究等筛选性学习，并及时反馈学习信息，真正做到教与学之间信息的交流，体现了教学过程中因材施教的原则，从而激发学生学习的主动性和创造性。④
2.3 紧跟现代教育的需求
在推广素质教育的今天，学生的学习任务越来越重，教学时数不断减少与教学信息量的矛盾不断增加，CAI在处理这个矛盾中发挥了巨大优势，使得我们更好地实施素质教育。⑤
3 计算机组成原理CAI研制的实现
3.1 总体方案设计
总体方案应该根据教学课程的学科特点、教学大纲、教学内容、教学目标和教学对象进行设计，同时要贯彻一定的教育思想和教学策略，遵循科学的开发方法，体现出CAI教学的时效性、灵活性、共享性和个性化等优点。在设计过程中不仅要注意突出内容难点与重点，采用多媒体技术将课件有关的文本、图像、图像、动画、视频等相关联；而且也要考虑教学内容的连续性，CAI的内容应该符合不断深入、循序渐进的教学原则。CAI总体设计流程如图2所示。
3.2 脚本的编写
脚本的设计要与课程的教学大纲和教学内容保持一致，符合教学的整体设计，能为整体教学服务。它不仅要呈现了CAI课件包含的具体内容，也体现了CAI编制的设计思想和要求，只有这样才能达到辅助的目的和效果。⑥脚本设计应该应给出各种教学信息和交互控制等内容，同时对CAI课件制作中的各种指示、要求能做出相应反应；脚本能很好地把文本素材、图片素材、声音素材和动画素材联系起来，以达到交互式教学的目的。例如，在讲解计算机中指令执行过程中，可通过CAI制作出CPU内部的ALU、IR、OP、Cache、R、内部总线等模型图，以动画的形式反映指令执行的详细过程，数据如何在CPU内部流动和存储的，这样可以确保学生有了直观的感性认识，也能更好地理解和掌握相关的知识内容。脚本设计如图3所示。
图2 CAI设计流程
3.3 交互性设计
CAI具有双向信息传递方式，在授课过程中不仅可以向学生演示信息，同时允许学生向程序传递一些控制信息，这就是我们说的具有交互性。它改变了学习者只能被动接受的局面，学生可以通过键盘、鼠标等来控制程序的运行，体现了CAI实时、双向的特点。
在计算机组成原理CAI多媒体课件设计中，运用多媒体技术使得各类交互图标和函数实现填空题、选择题、判断题、简答题等等，并在ODBC数据库的支持下，实现多媒体考试系统的设计。这样增强了多媒体课件的交互性，同时提高了学习者学习的兴趣。学生可以在课程每章节学习完后，通过如上的填空、选择等测试来检验自己的学习的效果。
3.4 CAI课件的制作
利用多媒体技术，结合教学的特点，在脚本编写的基础上，完成了计算机组成原理CAI课件的设计。该课件打破了传统教室的时空限制，支持教师备课、讲课、辅导答疑、批改作业；学生可随时进行学习、复习、提问、提交作业、练习、测试等。
图3 脚本设计
4 计算机辅助教学和其他教学方法相结合
将CAI技术引入到计算机组成原理教学有许多优越之处，但也有缺点和不足，先进的教学手段不应完全取代传统教学，只有扬长避短，保证传统教学与多媒体教学有机结合，才能真正发挥CAI教学的先进作用；在教学中应该保证给学生充足的思维空间，注重培养学生的独立思考能力和创新能力。同时，在教学中，应注意计算机辅助教学与启发式教学、类比教学等其他教学方法相结合的原则。
5 结语
针对计算机组成原理教学现状，从传统的教学方法和采用计算机辅助教学的应用进行了分析和探讨。计算机辅助教学的引入能更好地为学生创设教学情境，帮助学生解除抽象思维、逻辑思维、语言理解等方面的困难；变抽象为具体，变静态为动态，化枯燥为生动，提高思维信息的活动量；能在有限的时间内提供传统教学手段根本无法达到的信息量，弥补了传统教学方式在直观感、立体感、动态感等方面的不足，全面拓展了学生的思维，真正提高了课堂教学效率。但在实际课程教学中，注意把传统教学和计算机辅助教学相互结合，充分发挥两种教学模式的优势。
基金项目：塔里木大学高等教育教学研究课题（TDG J1308）
注释
①②刘志栋.高职高专课堂教学技术路线应如何改变[J].广东技术师范学院学报，2009（1）：104-108.
③ 王颖纯.MCAI课件的设计制作与思考[J].天津理工学院学报，2011.9：113-114.
④ 王港，吴铁桥.计算机辅助教学（CAI）在体育教学改革中的应用[J].体育与科学第21卷（总第122期）：59-61.
计算机组成原理基本知识范文5
关键词：多媒体模拟实验；信息技术教学；实践
多媒体模拟实验指的是利用计算机多媒体技术模拟真实现象或实验现象，以探求规律，要求学生通过一系列操作和实验建立模型，或在给定的模型条件下检验其适用范围并进行模型修正。多媒体模拟实验有着逼真直观、生动形象、经济安全等诸多优点，被广泛应用于物理、化学、生物等自然学科的教学实践中。信息技术作为一门新兴且信息更新较快的学科，在教学手段与教学方法上也应不断去创新。信息技术课堂中，传统的上机操作并非学生学习知识的固有模式，也不是学生掌握技能的唯一方法。在合适的教学内容中恰当运用多媒体模拟实验进行教学，往往能够取得意想不到的效果。本文将以初中信息技术课中“计算机硬件及工作原理”一节为例，探讨基于多媒体模拟实验开展信息技术教学实践的方法过程，并分析其教学反思。
一、多媒体模拟实验教学适用于本节教学内容
“计算机硬件及工作原理”这一节内容讲述的是计算机的基本知识，包括基本组成、软硬件常识等以及计算机工作的一般原理。初一学生普遍能够熟练使用计算机进行一些常用操作，但是对于计算机的内部组成结构仍然是一知半解，而对计算机的工作原理更是一无所知。要想让学生对计算机内部组成结构和工作原理有更深入的了解，达到预期的教学目标，最好的方法是通过计算机组装的具体实验来实现。但现实情况是信息技术学科并不像物理、化学等学科那样有专门的实验室、实验设备和实验仪器等，学校往往只有用于上课的普通计算机房和普通计算机，不可能提供专门的计算机实验室和足够的用于实验操作的计算机部件。那怎么办呢？在此情况下，多媒体模拟实验可以“大显身手”了。
1.模拟真实的实验环境，经济、环保
通过计算机多媒体技术制作模拟实验软件，将实验过程中所需要的环境以及计算机各部件虚拟出来，例如220V电压电源、计算机主板、CPU、硬盘等。学生通过使用鼠标以及键盘对软件进行操作，完成计算机组装过程。这样就不需要专门的计算机实验环境和大量的计算机实验部件，既能节约成本，又能减少实验造成的污染。
2.模拟真实实验操作，安全、省时
学生在完成计算机组装后是要对计算机进行通电开机测试的，如果在真实的实验过程中没有老师的指导，就要花费不少时间，并且具有一定的危险性。多媒体模拟实验能模拟加电测试环境，并且能把测试信息反馈给学生，帮助学生找出其中操作错误的地方，直到完成实验。这样的实验，既保障了实验的安全性，又节省了时间。
二、多媒体模拟实验设置及实施
“计算机硬件及工作原理”一节教学需要2个课时来完成。教师共设置了两个模拟实验，第一个实验是让学生认识计算机常见硬件，并学会分类；第二个实验是让学生完成简单计算机硬件组装，了解计算机工作一般原理。两个模拟实验软件都是由教师利用Flash软件及通过脚本设计而成的。软件界面友好，操作简单，交互性好。
（一）实验一（第1课时）：认识计算机常见硬件
1.实验设计
（1）实验目的与任务：熟识计算机的五大功能部件。通过鼠标点击图片了解常见的计算机硬件知识，通过拖曳的方法把常见的计算机硬件放到五大部件分类容器中。
（2）实验原理：不管哪种类型的计算机，组成计算机硬件的基本部件都包括存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五大部件。五大部件各有各的功能作用，共同组成了计算机硬件系统，缺一不可。
（3）实验装置：利用Flash软件及脚本编程设计而成的多媒体模拟实验交互软件（单机版），通过计算机操作完成。
（4）实验结果要求：能准确说出常见计算机硬件的名称、分类及其基本功能，能把常见的计算机硬件放到五大部件分类容器中，能准确计算出存储容量的不同单位之间的数值转换。
2.课堂组织及实施过程
教师先组织学生自主学习课本内容10分钟，让学生对课本知识有所了解，然后把模拟实验软件发送给每一个学生的电脑上，在演示简单的操作方法后，让学生按照要求独立完成实验。学生在操作过程中，教师巡堂，并给予学生适当指导，并掌握实验过程的总体情况。
3.教学评价方式
（1）在完成模拟实验后，软件提供一个计算机存储容量转换计算练习，以测试学生学习效果。例如：3MB=（ ）B；2KB可存放（ ）个汉字等。
（2）另外，在操作完软件后，教师在讲台上按顺序放了主板、硬盘、内存条、CPU、光驱等几个常见的计算机硬件实物，让学生观察，并完成下表：
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（二）实验二（第2课时）：组装计算机
1.实验设计
（1）实验目的与任务：了解计算机基本工作原理。按照计算机硬件组装流程图，通过鼠标点击以及拖曳的方法把计算机硬件组装在一起，并进行通电开机测试。若开机不成功则根据软件的反馈信息进行修正，直到成功为止。
（2）实验原理：计算机的基本工作原理――冯・诺依曼“存储程序”的工作原理，如图1。
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图1
其中，计算机硬件组装流程图如图2。
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图2
（3）实验装置：利用Flash软件及脚本编程设计而成的多媒体模拟实验交互软件（单机版），通过计算机操作完成。
（4）实验结果要求：能说出计算机的基本工作原理，能完成计算机组装并实现成功开机。
2.课堂组织及实施过程
教师在向学生讲授完计算机基本工作原理后，将学生分成若干小组，每小组两人。教师把模拟实验软件分发给学生，演示基本操作方法，让学生进行小组合作，积极探索，共同完成模拟实验。学生在操作过程中，教师巡堂，并给予适当指导，并掌握实验过程的总体情况。
3.教学评价方式
（1）为增强实验的趣味性和学生学习的积极主动性，教师特意在模拟实验软件中添加了一个实验成绩得分项。当学生完成实验时，软件会根据学生完成的时间以及需要安装提示的次数等来计算出一个得分，总分是100分，没有进行任何安装操作的得0分。得分也直接反映出学生完成实验的效率。
（2）理论是要结合实践的。课前，教师准备好了一台真实计算机的部件，在学生完成模拟实验后抽取得分最高的那个小组的同学来进行真实计算机组装，以检验学生学以致用的学习效果。教师在一旁进行适当指导，其他小组同学观察、思考。
三、教学反思
1.教学效果分析
（1）“计算机硬件及工作原理”这一节的教学重点是熟识计算机的五大功能部件，教学难点是对计算机的工作原理的了解。通过模拟实验开展本节的教学，轻松地突破教学重点、难点，顺利完成教学任务。通过第1课时的学习，学生基本掌握了计算机五大功能部件的知识，都能顺利完成模拟实验一，准确完成教学评价中的检验；通过第2课时的学习，学生基本了解计算机的工作原理，大部分学生都能完成模拟实验二，而通过老师的指导，进行真实计算机组装实验的学生最后也能完成任务。
（2）本节课的教学打破了传统教学模式，注重模拟实验与实践的结合，注重学生的自主学习，加强了学生探索、求知、研究欲望，取得了较好的教学效果。学生在做模拟实验的过程中，表现出极为浓厚的兴趣，探索求知欲被充分激发，或通过独立思考，或通过小组合作完成实验，最后通过实践的检验，达到学以致用的效果。
2.需要注意的问题
（1）多媒体模拟实验只是一种实验教学的辅助手段，基于多媒体模拟实验开展信息技术教学实践不能一味地热衷于在计算机上模拟操作而忽视学生的实际操作，只有与传统实验手段相结合，才能调动学生的各种感觉系统，取得最佳的学习效果。如，在模拟实验二中，模拟实验只是模拟计算机安装的一般过程的步骤，并没有对其中的一些细节方法进行模拟，而在真实的组装过程中这些细节方法是必须的，不能忽略的。在模拟实验后进行的真实计算机组装过程中，倘若没有老师在旁的指导，恐怕学生也将难以完成任务。
计算机组成原理基本知识范文6
关键词：应用型本科；教学改革 ；教学效果
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2012）06-0305-02
前言
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的专业基础课，也是计算机学科的考研课程之一，在计算机专业的课程体系中有着十分重要的地位。计算机组成原理是我院信息技术系开设的课程，介于我院是培养应用型专门人才为主要任务的特点，即使学生能尽快地融入到实际工作的应用中。因此，该课程必须不断地调整完善提高教学效果以适合实际需求。
一、《计算机组成原理》课堂教学效果的提高
1.培养目标的确立。中国各个高校都根据自己学校的特点研究制定了自己学校的人才培养目标。所培养出来的人才一般分为研究型、应用型、实用型三种类型。培养应用型人才的学校称之为应用型学校，培养应用型人才的本科专业称之为应用型本科。应用型人才将主要为社会承担把科学理论和技术转化为解决实际问题、服务生产的方法和方案的任务，其特点是学用结合、学做结合、学创结合。发展应用型本科教育是社会发展的要求建设新时期，实现社会主义现代化，科技是关键，教育是基础。国内大多数的本科院校确定了以培养应用型专门人才为主要任务，但是如何培养适合社会需求的应用型专业人才还处于摸索研究阶段，因此以应用型人才培养为教学目标的普通高等学校，都必须积极进行应用型人才培养的教学研究与改革。
2.教学内容的改革。传统上，《计算机组成原理》是计算机及相近专业的专业基础课，而《汇编语言》是计算机专业（本、专科）学生必备知识，其内容往往体现在《汇编语言程序设计》或《微机原理与汇编语言程序设计》等课程中。以前，我院和许多院校一样，将《计算机组成原理》单独开设，另开设《汇编语言程序设计》或《微机原理与汇编语言程序设计》。一方面，《计算机组成原理》一直是一个比较难教、难学的课程，是一门内容中技术性、工程性很强的课程。传统的做法都是以教师课堂授课为主，学生被动地听课，即主要通过教课方式向同学强行灌输，教师往往按照教材的内容一般性地讲述原理，学生只是完成一些简单的验证性的教学实验。课程内容显得抽象枯燥，学生学习后总感到有些朦胧，甚至于觉得本课程没什么实用价值，没有兴趣学。而另一方面，汇编语言的学习和掌握与计算机的硬件组成与工作原理密切相关。因此，分设两门课，一方面造成了部分内容的重复讲授，浪费了宝贵的学时， 另一方面给学生的学习造成了一定的困难。因此，在我院领导和教务处的大力支持下，自2006年开始，我系对这两门课程进行了课程改革试验，先是在《计算机组成原理》课中增加汇编语言的内容，并逐步增加汇编语言的有关内容，课程名改为《计算机组成原理与汇编语言》。经过对几届学生的教学实践，效果明显。一是学时数显著减少，二是充分利用了二者之间的有机联系，学生对知识的理解程度和运用能力有所提高。
3.传统的教学手段和多媒体教学手段相互补充。传统的教学手段是板书，这种方式的缺点就是教师要花很多时间进行板书，学生看到的 是死板的黑底白字，其优点是教师边写边讲，容易和学生形成互动，而学生在做笔记的过程中也能加深对所学内容的理解，同时还能让学生养成做笔记的良好习惯。随着科学技术的发展，绝大多数教师都利用多媒体课件进行教学，这种手段改善了传统教学的不足，但同时也出现了一些弊端。有些教师上课时过分依赖幻灯片，讲课时就照着课件念，速度一快，学生根本没有思考的余地，也没法做笔记，直接后果就是学生也过分依赖教师的课件，大部分同学上课不做笔记，上课也不好好听讲，就等着下课以后把课件拷贝回去看，大大降低了课堂教学的效果。为此，我们在教学时采用“课件+板书”的教学手段，大部分内容在课件上出现，但细节部分在黑板上给予适当补充，而且课件内容要保证重点突出，语言精练，这样既能让学生记下重点内容，也能让学生避开幻灯片的干扰，集中注意力听教师的讲解，提高课堂教学质量。
二、《计算机组成原理》实验课教学效果的提高
为体现“学生主体地位”和“参与式教学”等教育理念，从“计算机组成原理”开课开始我们就我院培养应用型人才的特点，加大了实验课的比重，打破其他学校的惯例，按照1∶1的比例安排理论和实验课，取得了很好的教学效果。我们重新整合的课程为《计算机组成原理与汇编语言》，增加了汇编程序部分的实验。实验部分继而分成了计算机组成原理与汇编语言两部分。
1.计算机组成原理实验。目前高校计算机组成原理实验方式主要有两种：一种是利用固定结构的实验平台，这些实验平台将 CPU 的各个组成部件全部做好，学生按要求连线、拨动相应输入或控制开关来完成实验；另 一种是应用 EDA 技术进行实验。我院购买了计算机组成原理实验箱，采用了第一种形式。这种固定结构的实验平台可帮助学生深刻理解计算机主要部件的工作原理。首先，学生可以实际动手操作。其次，学生可以把理论知识与社会生产实践相结合，在实际工作中得到锻炼和提高，使学有所用。这样，一方面，可以进一步深化学生对理论知识的理解和掌握；另一方面，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。
2.汇编语言实验汇编语言。实验部分，采用上机编程的形式。通过实验，使学生了解80x86计算机组织，掌握8086/8088指令系统和寻址方式，掌握汇编语言程序设计基本方法，能进行汇编语言程序的设计、调试。对计算机组成原理有了全方位的认识。实验教学重点解决学生掌握硬件专业知识基础、汇编语言基本设计方法和增加教学内容实用性等三个方面。使学生通过对计算机各功能部件的逻辑组成、工作机制、程序设计的学习及实验，建立完备的单台计算机整机概念。使学生通过高性能计算机、新一代计算机等知识，进一步学习了解计算机广泛采用的新技术、新工艺、最新研究成果和发展应用趋势。使学生通过汇编语言程序设计的学习，了解所用计算机硬件及使用软件扩大功能的实现方法，进一步真正理解计算机的基本组成原理以及工作过程。并为后继课程及今后工作中解决实际问题，打下一个良好的基础。使学生通过实验课的学习，受到软硬件实验的初步训练，实验操作能力得到提高。掌握编程的基本方法，培养分析和解决问题的能力以及掌握使用计算机的基本技能。
三、考核方法及效果
为了进一步调动学生的积极性，把每次实验的成绩列入平时成绩，最终纳入期末成绩，总成绩＝30％平时成绩 + 70％期末考试成绩。使学生不仅仅注重最后一张卷子，而是更注重平时的学习与积累，注重自己真正学到了知识和技能。这种方式也得到了学生的认可。学生成绩也有了大幅提高（见表1）。
四、加强课程认识，建立完整的课程体系
由于学生正处于学习阶段，对计算机组成原理这门课程在整个专业课程体系以及该课程与其他课程之间的联系没有一个直观、感性的认识，使得学生在思想上轻视了对这门课的学习。因此，上课时，教师首先应该明确本课程的地位和重要性，让学生从思想上重视起来。通常，教师在教学时基本上都有这个环节，但大部分只是“简单的、概括性的”说明，没有详细地探讨该课程和其他课程的联系，学生有种“知其然，而不知其所以然”的感觉。为了加强学生对课程重要性的认识，可以设置一些问题，通过对这些问题的思考，让学生能深刻体会到本课程和其他课程的联系，加深对该课程地位的感性认识。并且我对该课程群中的相关课程在教学内容上做了一次大跨度的整合、更新，开设出《嵌入式系统》课程，使课程群中的课程更能反映出现代计算机的新发展。
结论
要提高应用型本科计算机组成原理课程教学效果，分析应用型计算机专业人才特点，量身定做教学方案，使用先进的教学手段，加之以科学的管理，是应用型计算机专业人才培养的有效途径。总之《计算机组成原理》课程教育也应与时俱进，开拓创新，不断地研究改进。课程一定要想方设法地吸引学生兴趣，不断改革教学内容、方法及手段，采取多种途径，提高教学效果是一个教育工作者永远的目标和追求。
参考文献：
[1] 苏英，路来智.计算机组成原理实验教学改革的探讨与研究[J].科技信息，2009，(5).
[2] 王志晓，夏战国，王凯.《计算机组织与体系结构》教学改革与探索[J].福建电脑，2009，(2).
