计算机组成原理20年建设效果回顾与展望

要］ 通过介绍军械工程 学院计算机组成原理建课 和改革 ２ ０年 来的背景、思路 、方法，阐述 了该项
教学的讲授 、实验 、课程设 计等各个环节之 间的关系，以及对 其进行完善、发展的诸多努 力 再经详细回顾 具 体 实施 方法 以及真 实列举学生多年来的工作积 累， 佐证 了组成原理教 学改革的重要 意义以及 由此 而取得的一定
面 的完善 。 １ 软件 更新”始 于采 用全 国统编教材 。尽 管 ）“ 某些版 本 留有 未尽完善之虞 ， 但可通过 自编相应 的
实验指 导予 以明示 ，而且可 以重 点突 出针对 性、可 行 性和 知识 综合 性 。主 要教 材 相 同， 实验装 置类 似 ，有助于 增加不 同学校之 间教学效果 的可 比性 。
学 生不但 能综合 运用 所学 的理 论知 识完成模 型 计
方 法” 并 以此持续性地指 导该课程 的整体建 设 ０ ， 。
２１ 课 程内容 在此基础上可 自行
１ ）拓展结构 。在组成 原理课程 教学 中，不仅
把握课程之间的 “ 口” 接 ，较为 自 然地感受到计算
本身 的难度 、 相关 工作的规模 自然要求强 调团队合 作机制和 出台教学 能力提升措 施 ， 使得教 师之间得 以分工合 作、相互借 鉴 、取长 补短 、共 同提 高 。
２ 硬件 升级” 首推 “ ）“ 实验设 备综合化 ” 。在
现 有设 备基础 上 ，军械 工程 学院与 许多 院校 一样 ，
养 、形成完整 的 “ 硬件 课程链”起 到 了积极 作用 ，
些院校正式开 设该课 至今适逢 ２ ０周年 ，此间计
算 机技术 得 以长足 发展 ，计算 机教 育亦获 空前 普 及， 组成 原理也 已成为诸多 院校 的重 点建设课 程之
一
并 使他们 能举 一反三 、触 类旁通地 拓展所学知识 ，
Ｏ 引 言
《 计算 机组 成原 理》 （ 以下 简称 “ 组成 原理 ” ）
机 科学与应用 技术 的 “ 主线” 。这样 ，其它后续 课 程 陆续开设时 ，可 以处于较为平滑 的衔接状态 ，有
是计算机科学与技术专业 的硬件类核 心课程 。 内 国
一
助 于学生在不 同的课程 之间形成宝贵 的横 向联 系 。 这种 方式 还为 进一 步加 强学 生 的科学 思维 修
本课 程最终 的总评成绩 是 由平 时作业 、 综合实验和
课 终考 试三 个 部分 组成 ，相应 的试 题库 和 自动 组 卷 、阅卷系统 的技术实现难 度较大 。于是 ，课程 组 专 门立题 ， 在专 用 的服务器 上完成 了整体系统 的开 发和 维护 ，同时 ，“ 便”进 行 了大量 的 “ 顺 教学 资 料数字 化”等工作 。 ３２ 学生 动手 能力的提高 ．
况 ，与该领域 中的多所领先 院校保持 长期合作 ，在
课程 建设方面做 出不懈 努力 ， 以适应军 队相 关学科
建 设和专业发展 的需要 。几经 总结提 高后，教 学效 果令人满意 ，后被评为军械工程 学该院优质课程 。
２ 建 设 思 路
培养 高素质计算机应 用人才 ， 无疑是组成 原理 课程 内容改革 的总体 目标 。而对其 实施方式 ， 育 教 界多有理论和实践方面 的对 比 … 、论 证和研究 。
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ －９１ ０ ９０ —２
应 向学生介绍计算机及主要外设的基本构成和工
［ 金项 目］ 国家 自然科 学 基 金 项 目 （ 号 ： ６４ １２ ） 基 编 ０ ７０ ２
［ 作者简介】 原亮 （ ９ ５） １ ５一 ，男，山东青 岛人。教授 ，主要研究方向为计算机体系结构、智能检测与故障诊 断、Ｅ ＨＷ 理论及实现；丁
术性 ， 可 以进一步 拓展学 生的实践 内容 ， 还 包括 进 行各类 串 口、并 口、电机 等与接 口技 术相关 的部分
实验 。此外 ，将 ＩＰ技 术引入组 成原理课程 后 ， Ｓ
能完 成结构更 复杂 、内容更新颖 的单片系 统研究 。
对 于学生而 言， 能力 的提 高在动手 实验和课程
会 ，适当地从科 研成果 中熟悉一些 ＩＰ Ｐ Ａ 和 Ｓ 、Ｆ Ｇ
在 教学准 备过程 中先期 开展 的 内容重 “ ，即在 软”
教学思路 、模 式方面 的改革 。解决上 述 问题后 ，创
新 工作 的焦 点又集 中于 “ ，因此在教 学实施 过 学”
程 中随之进 行 的 内容偏 “ ，即在环境 、设施方 硬”
成就。进 而，对本课程今后 的发展方向和 实施过程概要地进行 了展 望，提 出了４点深化建设 的原 则。
［ 关键词】 组成原理 ；实验 环境 ；硬件教 学；课程设计
［ 图分 类 号 】 Ｔ ３ １ 中 Ｐ９． ６ 【 标 识 码】 Ａ 文献 ［ 章 编 号】 １０ —６４ （００ ５０ ３ ．４ 文 ０ ５４ ３ ２ １）０ —０ ４０
国 良 （９ ８ ） 男 ，江 苏 张 家港 人 。副 教授 ，主 要研 究方 向为 计 算机 体 系 结 构 、 嵌入 式 系 统 设计 与应 用 。 １６ 一 ，
第 ５期
原 亮 丁 国 良 杨文飞 陈利车 杨素敏 计算机组 成原 理 ２ ０年建设效果回顾 与展望
３ ５
作原理 ，而且 要从讲授 内容上将运 算器 、 制器等 控 抽象知识 直接拓展至 具体 、典型的 ＣＰ ＝ Ｕ 芭片和其 它相关新 型器 件 的实现 。 了领悟 整机 内部 运作方 除 式 的传统 方法 ，更为 重要 的 是拓 展教 学方 式和 结 构， 增加实验环 节 ， 以同步提 高其思考和 动手能力 。 ２ ）更新 内容 。在 教学 内容 选择 上 ，始 终需要 基础与先进 并重 ，教学与科研 结合 。所谓把握 基础 即 明确该课程 的教学 目标 ， 强调单 处理机系 统的原 理与 结构 、理 论和 实 现 ，引 导学 生掌 握课 程 的本 质 ；注重先进 则是将成 熟 的技术 、先进 的部件 、器 件 甚至高档 Ｐ Ｃ机 的结构反映在 教学过程 中。通 过 教学 与科研 的结合 ，可 为 学生 创造 条件 、提供 机
军械 工程 学 院的组成 原 理课程 过 渡工 作亦 于 １ ８ 开始 。课程组始 终关注 国 内外相 关教改情 ９ ９年
ｌ 历 史 沿 革
组 成原理 的前身是 《 计算机 原理》 ，当时多 以 抽象 介绍计算机 内部器件 的工作 原理 为主， 少相 缺 应 的实验和验证 ，讲授难度大 、理解 效果差 。尽管 这在早年 的技术 背景下无可 厚非 ，且 曾大有作 用 ， 但 终究 无法跟 上时代的步伐 ， 不能满足 高速发 展的 教学需求 。为此 ，美 国计算机 教育界于 １８ ９ ７年公
１ ）基础 实验的提 高。１ ９ 年 ，学 生 己将 基础 ９１ 实验予 以改进 ， 增加 可读性较 强的数码管 以代 替发 光二极管进 行状态显 示 。次年 ， 全面完 成使用 ３片
Ｅ ＲＯ 芯 片取代 传统 的 ４片模 式 ，并且 尝试 了 Ｐ Ｍ
３ ６
教 学 研 究
ＲＳ ＩＣ工作方式 ， 进行 了定长指令的实现 。 ９５年 ， １９ 完成 了使用单 片 Ｅ Ｒ Ｍ 的模型机设计与实现 。 ＰＯ 虽 然难度 陡增 ，但其成本有 降，成为 日后课程设计 的
境进行 了十分深入 的研 究 。
２ ）增加设 计 。改革后 的组成 原理增加 了一个
年 ，课程 组成员就 已借助专业优 势 ，制定 了理论 与
实践互补 、课堂与 网络结合 的教学研 究课 题 ， 学 在 院率 先进行 了 网络化 教学尝试 并予 以成功运用 。 再者 ，就是 “ 课终考试 题库化” 。在军械工程 学院 ，
另外 ，课堂教 学的 “ 内容规范化 、形式 多样 化”主
要体现 于课件制作和 网络辅 导 ， 既具有较 为严谨 的
科学性 和较 为完整 的艺术 性 ，又 力求朴 实、清晰 、 易于学 生接受 ，同时还 便于 日后修 改补充 。而课程
嵌入式系统等 先进技术 Ｈ ，争取 日后能够尽快适 应
设计过程 中尤为 明显 。 程组将实验 分为基础 、提 课 高和创新共 三大类 型 ，且 内容 关联 ，难度 递增 。基 础实验 分时安排 ，以满足在 实验 器材总量 不足情况
下 ，设备 一人一套 、独立操 作的要求 。随着 整体水 平 的上升 ，学生进步 效果 明显 ，表 现如下 。
３ 效 果体 现
在 军械 工程 学 院，则 是始终 坚持 “ 高起 点 、大跨 度 、重实现 、拓思路”之基本方 向，不断强调 “ 加 强 以独立 思维 、创新意识 为培养 目标 的素质教育 ”
和 “ 实施 以精讲 多练、提 高能力为主要 内容 的授 课
求、真 实设计 为背景 、实际运行为 目标 的方式，使
相应 的硬件工作 环境 。 ２２ 实验环节 的改革 ． １ ）加 强实验 。新器件 、新技 术 、新 方法 、新 思路的引进 ， 使得 传统教育模 式下大 多依赖书本 知 识 而无 暇它 顾 的陈 旧做 法 自然 受到无 法 回避 的挑 战 。动手 实验构 成 了组 成原 理不 可或 缺 的教 学环 节， 个性 与创新更 已成为计算机 教育工作 中 的一大 特色 。学生在 完成基础 实验后 ，还能按照 自己兴趣
具 体归纳到更为一般 的系统模式 、 结构和规律 的学 习研 究上 。因此 ，该课 于数年之后广受认可 ，并逐
。
本文主 要 以军械工程学 院的实施情况 为例 并参
照部分其它 院校 的成功做法 ，作 以回顾性 的总结 ， 进而对 其发展予 以方 向和措施 上的展 望 。
步 普及 至 国内大部分理 工科院校 的计算机专业 。
第３ ３卷 第 ５期
２ １ 年 ９月 ００
教 学研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈｉ ａ ｈｎｇ ｓ ａ ｃ ｎＴｅ ｃ ｉ
Ｖｌ ．３ ．５ ０ １ ３ＮＯ
Ｓ ｐ．２０１ ｅ ０
计算机组成原理 ２ ０年建设效果回顾与展望
原
【 摘
亮 丁国 良 杨文飞 陈利 军 杨素敏
（ 军械 工 程 学 院 计 算 机 工程 系 ，河 北 石 家庄 ｏ ｏ ｏ ） ５ ｏ ３
独立 的课 程设计 。 核心 内容就 是在前期 实验 的基 其
础上 ，进行一 台模型计 算机 的综 合设计 、连 接、调 试和运行 ，培养 学生独立 思维能力和 创新意识 、提
高硬件 实验 的技 能与 制作水平 ， 以完整掌握计 算机 的基本组 成与运行原 理 。
３ ）深 化应用 。课程 设计通 过强调工 程性和 技
布 了 “７教程”对 此进行 改革 。国内相关部 门亦 ８
同步推 出 “ 计算机科学与工程专业 示范教学计划” ，
进 而迅速组 织专家编 写组成原理 教材 ，并于 １８ ９９
年在 国内数所 院校得 以试用 。 组 成原理是一 门承上启下 的专业基础课 ， 从系 统 与实现 的角度讲述计算机组成 ， 并添加 了具 体的 硬 件实验 和新 的技 术 内容 。这 种 以同步 实验 为要
通 过 多年 努力和有 效工作 ， 课程 组成员逐步 丰
富了教学经验 ，完成 了教学 改革的基本要 求 。 课 授
质量 的持续提 高和历届学 生能力 的不 断超越 ， 促 又 进 了军 械工 程 学院 计算机 专 业 教学 的整 体完 善 与
深化 。 组成 原理 的建 设经验主要 体现于 两个方面 。 ３１ 教 学综合环境 的改善 ． 组 成原理 的创新 工作首 先体现 于 “ ” 教 ，所 以
先后 自主 开展 了实验 器改进 ［ Ｇ ９ ＡＬ 等可编程 器 １
件和 Ｅ ＤＡ 技 术 引入 等尝试 ，并在稳 定后落 实
于后续 的常规 实验过 程 ， 足 了不 同阶段 、层 次 的 满 教学需要 。其 次为 “ 习环 境 网络化” 学 。早在 １ ９ ９４
和能力 深化实验 ，为此 ，有些 院校 还专 门对 实验环