“计算机组成原理与系统结构”实践教学探讨

文章编号：1672-5913(2008)07-0062-02

摘要：本文对计算机专业“计算机组成原理和系统结构”课程的实验目标、实验内容及其课程设计的目标与内容进行了探讨，并提出了考核方法。

关键词：实验；课程设计；实践教学

中国分类号：G642

文献标识码：B

“计算机组成原理与系统结构”课程综合了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”两门课程的要求，是应用型本科计算机专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。其实践课主要是为了让学生建立计算机的整机概念，加深对计算机“时空”概念的理解和对计算机系统性能评测的应用，提高应用集成电路的基本技能，培养和提高独立工作能力、实际动手能力、分析和解决问题的能力。

1实验设备

2003年初我院加大实验室建设投入，全面改善实验室条件，添加了30台西安唐都科教仪器公司推出TDN-CM++计算机组成原理与系统结构教学实验系统。该系统通过对各计算机部件和多种模型计算机的设计及实现而高水平地支持“计算机组成原理”课程的实验教学，并通过对指令设计方法、时空并行性、指令并行性等多种计算机体系结构的设计和研究来开展“计算机系统结构”课程的实验教学。

2实验目标和内容

运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理，熟悉简单运算器的数据传送通路；掌握算术逻辑部件的功能原理及74LS181的功能；掌握移位电路的工作原理和使用方法；掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法；掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法。实验内容主要是验证运算器的8位加、减、与、移位、进位、直通功能；验证4位乘4位功能。按给定的数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。其中大部分属于简单的验证式实验。还可以让学生自行探索实验步骤和任务。比如，学生验证完运算器的加运算之后，再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务。

存储系统实验目标是要求学生理解计算机主存储的作用，掌握存储器的构成；掌握半导体静态随机存取存储器(RAM)的工作原理及读写方法；掌握用存储器芯片构成主存储器时，如何进行字/片选技术，了解使用半导体存储器电路时的定时要求。实验内容主要是对存储器存储单元进行先写后读，属于简单的验证式实验。还可以让学生自行设计实现存储器容量的扩展。

控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理；掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程；掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法。实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程；硬布线控制器的指令执行过程。属于有一定难度的验证式实验。还可以让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行。

总线控制实验目标是要求学生熟悉总线的概念、作用及特性；掌握用总线传输数据的控制原理和方法；掌握总线仲裁的方式及方法。实验内容主要是控制总线实现数据由输入设备通过总线向通用寄存器或者存储器传送。属于验证和设计式实验。

模型计算机实验目标是要求学生通过模型计算机实验理解计算机的工作原理、性能评价标准和方法，以及计算机的“时空”概念。建立计算机的整机概念，为后边的模型计算机的设计打下基础。实验内容主要是基本模型计算机实验，复杂模型计算机实验，用CPLD实现模型计算机实验，基于RISC处理器的模型计算机实验，基于重叠技术的模型计算机实验，基于流水线技术的模型计算机实验。属于验证式实验。

3课程设计的目标和内容

在学期快要结束的时候，专门留出来一两周时间让学生进行“计算机组成原理和系统结构”的课程设计，主要内容是模型计算机的设计。要求根据设备情况，自行设计指令系统(包括算术逻辑运算指令、访存指令、转移控制指令、I/O指令和停机指令)的微程序来控制模型计算机实现功能。并且要求各组课程实践人员设计的指令系统各不相同，基于的设备或技术也不相同。比如设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机。

4考核方法

实验报告主要包含预习报告、原始记录和总结报告三部分。学生在做实验之前自己组织时间查询资料书写实验预习报告(包括实验的目的、要求、内容和步骤)。在实验室做实验前，指导教师根据预习报告书写情况给出相应等级的成绩并记录在实验报告上(包括教师签名和日期)，然后指导教师讲解本次实验的目的、步骤及注意事项。实验过程中，要求学生认真填写实验记录(包括实践/调试过程，实验结果)，在实验结束前10分钟由指导教师在实验报告上给出成绩(包括教师签名和日期)。实验结束后学生在实验报告上写出本次实验的总结报告(包括实验结论，实验讨论，实验清单)，下次做实验时再交上实验报告，由指导教师填写学生该次实验的最终成绩(包括教师签名和日期)。实验成绩占本课程最终成绩的20%。

课程设计的考核内容分四大项。系统程序设计情况(占20%)，主要是针对系统程序的可用性、实用性、通用性和可扩充性。学生动手能力(占20%)，主要是针对学生设计思路的开扩性和创新能力。报告总结(占10%)，主要是针对学生资料完成、条理清晰情况。答辩情况(占50%)，主要是程序能正确运行情况(10%)，设计错误的改正情况或按要求改变执行结果(20%)，问题回答情况(20%)。由至少两位课程设计指导教师同时参与答辩，并对答辩情况量化。课程设计单独另算一个学分。

参考文献

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