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李会民计算机与遥感信息技术学院2014年11月计算机组成原理课程性质与定位课程及学情分析教学目标与重点难点教学改革教学规划与方法计算机组成原理《计算机组成原理》是我校计算机专业的一门专业基础课、必修课，是专门讲解计算机结构与组成的课程，该课程以计算机专业的培养目标和当前社会对计算机专业毕业生需求为导向，通过本课程的学习，使学生掌握基本的计算机组成原理方面的知识，培养学生综合分析问题、解决问题的能力，使学生成为具有综合计算机技能和全面发展型的人才。一、课程的性质与定位课程分析课程类型：必修课课程学时：64课时理论学时：56实践学时：8开课学期：大三上学期进行先修课程：计算机科学导论、计算机程序设计基础、电工电子技术后续课程：嵌入式系统设计、操作系统设计、计算机网络、物联网、软件开发等课程性质：专业基础课、考试课、4学分二、课程及学情分析二、课程及学情分析学情分析教材分析：本书是由高等教育出版社出版的国家“十一五”规划教材，讲授时应结合计算机科学基础、电子电工技术等基本知识，综合地分析问题，运用“启发式教学”思想，培养学生应用计算机组成原理的知识综合分析问题、解决问题的能力。学情分析：这一阶段的学生已掌握了一定的计算机专业知识，学生的抽象思维很活跃，思维方式由形式思维向辩证思维转变，创造性思维也有了进一步提高，这些特征将有利于组成原理课程的学习。但考虑到学生基础较薄弱、学习动机不强以及对知识的掌握程度不同、时有逃课现象等原因，授课时应多与学生交流、沟通，及时发现学习中存在的问题，以改进教学方法，因材施教，为学生创设“最近发展区”。充分考虑到这些因素，会在一定程度上提高教学效果。三、教学目标与重点难点教学目标：针对计算机组成原理这门课程，通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生掌握计算机五大功能部件的组成及功能；掌握完备的单台计算机的基本组成原理；掌握计算机中数据表示方法、运算方法、运算器的组成；掌握控制器的实现、存储器子系统的结构与功能、输入/输出系统的工作原理与功能。三、教学目标与重点难点运算方法和运算器存储系统中央处理器输入输出系统教学重点难点重点：定点数四则运算和溢出判断方法、浮点数四则运算；难点：定点数四则运算、加法器的基本原理及进位方法。重点：存储器的扩展方法、主存储器与CPU的连接、Cache的基本原理和地址变换方法；难点：半导体存储器原理、存储器的扩展方法、主存储器与CPU的连接。重点：CPU的功能和基本组成，指令周期的概念，微程序控制器及其设计技术；难点：指令周期的概念、时序产生器的组成、组合逻辑控制器设计、微程序控制器及其设计技术，流水线的性能指标。重点：接口中断控制方式；难点：中断控制方式。三、教学目标与重点难点指令系统总线系统外围设备教学重点难点重点：指令的寻址方式及有效地址的计算方法、指令编码优化方法；难点：指令的寻址方式及有效地址的计算方法。重点：总线的概念和和基本技术、总线接口技术；难点：总线的仲裁、定时和数据传送模式。重点：输入和输出设备的基本原理，硬、软磁盘存储设备工作原理；难点：硬、软磁盘存储设备工作原理。四、教学规划与方法教学规划安排教学规划：本课程教学以着重培养计算机专业学生对计算机组成原理技术的兴趣和意识，让学生掌握计算机的CPU、总线、控制单元的功能以及存储器、I/O设备相关内容。教学过程中如何做到有的放矢、达到事半功倍的教学效果，是一门艺术。如何突出教学重点，突破教学难点是值得任课老师认真思考的问题。有关计算机的发展及应用、磁盘存储器的记录格式、磁带存储器和I/O设备的自身结构等，这些内容在其它教材中也有介绍，计划采用学生自学，老师指导的方法，以体现教师主导、学生主体的教学理念；有些内容可根据不同学时的要求自行取舍，如定点运算中补码乘法校正法和补码两位乘，以及浮点乘除法运算中阶码采用移码运算的规则等。有些内容因与前修课或后续课关系密切。上课时可根据学习认知结构、学习程度需要可适当取舍。四、教学规划与方法教学过程教学设备：教学多媒体电脑、投影仪、语音系统；计算机硬件主机；硬件实物；组成原理实验箱。教学资源：教学课件；先行组织者材料；上位机软件；网上的《计算机组成原理》精品课程等。教学环节：导课（可以使用“先行组织者”方式）；教学过程（或实验）；教学板书设计；课堂小结；作业布置；教学反思。四、教学规划与方法教学方法本课程在“启发式教学”指导思想下，主要采用讲授、自学指导为主，实践教学为辅的方法。结合本课的教学大纲要求和课程改革的特点，在教学中适当采用以下教学方法：1、设问探究法通过提问（课前复习式提问和课间互动式提问），引发学生思考，同时也起到组织教学的作用，引导学生将新旧知识建立联结，并进行思考；学生在倾听与反馈中建构新知识结构。2、讨论自学法通过学生交流和讨论，发现学习群体中的新思维，加深学习印象，巩固知识链，促使学习迁移。另外可通过正强化、负强化等动机提高方法，在愉悦的环境中开展教学，提高学习兴趣和效果，达到有意义学习的教学目标。陈述性“先行组织者”：每节课，每个课程阶段都会介绍一种电路。从简单到复杂，从开关到ALU，都能存储和运算。他们只不过是一种电路的状态，或者通过一个信号，控制另一部分电路的状态。最后当你把所有东西拼成一块CPU的时候，就像你趴在地上拼拼图，拼完最后一块起身俯视的感觉。会了解到高低电平是如何通过各种门电路变成数据，变成屏幕上千变万化的内容的。这就是所谓的“原理”。这门课虽然“抽象”。但也是整个计算机设计中所蕴含的灵魂。其实一个门电路完全不知道自己在做什么，不过是按照电气特性把高电平变成低电平，低电平变成高电平。是人们把这些不同的状态抽象出0和1的概念，然后从中产生了“逻辑门”。并用此来表达逻辑运算，然后用这些逻辑运算去表示二进制的数值运算，再把这些运算组合起来，用一组开关来启动，就有了一条指令，最终把这些简单的电路变成了CPU。整个过程是一层一层的抽象。上层依赖于下层所提供的功能与意义，完成本身的功能同时又提供了更高层次的抽象。包括操作系统和各种协议，绝大部分计算机相关的东西都是这么一层层抽象出来的。这就是“计算机”“组成”的“原理”。四、教学规划与方法四、教学规划与方法告诉学生：《电工电子技术》是站在微观的角度讲解计算机的工作原理，而《计算机组成原理》则是站在宏观角度讲解的；《操作系统》是站在软件的角度看计算机的运行原理，《计算机组成原理》则是站在硬件的角度来看计算机的运行原理，因此这门课对于计算机专业的学生来说非常重要。学习时，建议学生可结合自己的电脑进行思考和研究，学会自己到互联网上搜索相关的资料，这样理解就会更加深刻，同时也提高了自学能力。讲到存储器中的缓存Cache的时候，让学生思考缓存到底是在做什么。缓存就是为了解决低速设备读取的问题，从内存中读数据肯定没有直接从CPU的缓存中读取快，所以就需要把经常被读取的数据放到缓存中，以后读的时候直接去缓存中读取就可以。缓存（静态RAM）不能设计的太小，因为太小的话很多需要缓存的数据放不进去;缓存也不能做的太大，太大的话则会增加成本，而且会导致很多不需要被缓存的数据也缓存了。然后你就到网上看主流的CPU内置的1M、2M、4M、8M缓存的比较的文章，相信学生就会理解得更加深刻。四、教学规划与方法比如学到系统总线的时候，就让学生思考：计算机部件之间的通讯如果是通过一组线来进行的话肯定非常慢，因为数据、控制信息等都要通过一组线进行；而如果分成数据总线、地址总线和控制总线三组线的话数据、控制、地址信息就可以并行进行，所以速度就快了。然后你就可以到网上搜PCI、ISA总线的介绍，南北桥芯片的介绍，这样学生就能把知识做到“不用刻意记就能记住”。再如讲到程序查询方式、DMA方式的时，就让学生对比联想企业中的人员管理，在有的企业里边，A员工让B员工做一件事情也要领导转达任务分派，而有的企业里一些普通的事情员工之间就可以处理，无需要领导过问。讲到奇偶校检码的时候，可让学生思考为什么有的压缩文件、视频文件有轻微的损坏仍然能够打开，或者启发学生能否可以自己写一个程序来实现校检功能。以提高学生学习组成原理这门课的兴趣。五、教学改革1、在教学方法的功能定位上，完成由教给学生知识转向教会学生学习的转变；2、在教学方法指导思想上，推行“启发式教学”；3、在教学方法的结构上，由讲授为主转向指导学生自学为主。结合实验课，注重培养学生独立学习、研究的能力；4、教学中，采用“微格教学”法，积极开展教研活动，不断提高教学监控能力，以达到提高教学目的的效果。谢谢！