计算机原理范文

计算机原理范文第1篇

随着计算机与网络技术的飞速发展和广泛应用，人们对计算机安全知识和技能的关注程度与日俱增。为了满足教育中人们对计算机安全

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计算机原理范文第2篇

一直以来，计算机原理的教学是个难点论文联盟。教师总给学生讲，计算机原理是以后学好计算机的基础、更是计算机故障处理的基石，还会影响计算机的发展。但是学生根本不买帐，因为刚开始接触计算机的实际应用中，能用到计算机原理的地方很少。如何诠释计算机原理、计算机故障处理、计算机发展之间的关系；教师讲起来费劲，学生更没兴趣。为了改变这个现状，我们首先要分析一下它们三者的关系。

1 计算机的发展与故障处理的关系

计算机的发展离不开计算机的故障处理，二者关系就象是双生兄弟，相辅相成。如果没有计算机的发展，那么故障处理就会失去研究的意义；但是如果放弃了故障处理的研究，那么计算机的发展就丢掉了前进的动力。

2 计算机原理与计算机故障处理的关系

计算机原理和计算机故障处理，二者相生相克。计算机原理可以从根本上解释计算机故障；计算机故障处理又可以从反面证明计算机原理，并促进其发展。

3 计算机原理是故障处理中解决疑难杂症的基本技能

计算机原理方面的书籍大都是从数字电路分析与设计、运算方法与运算器、指令系统与汇编语言程序设计、存储器、控制器、输入输出系统、总线、操作系统几个方面来介绍的。整个原理介绍不可谓不专业，和现实中的计算机的应用及故障处理，不可谓不脱节！由于计算机代码和数据充斥了整个课本，又很难在实践中运用；从而造成教师讲解费劲，学生没有兴趣，难以掌握，已经成为不争的事实。那么什么样的计算机原理才是学生有兴趣，才是能在实际故障处理中容易运用的呢？那就是计算机的启动工作原理，操作系统的启动工作原理。

4 计算机启动工作原理

1）加电后，主板控制芯片组向发出cpu初始化信号，并跳转到bios系统地址，开始执行bios的启动。

2）系统bios加电自检post（power on self test），检测系统中的一些关键设备，如内存（post过程只检查640k常规内存）和显卡是否存在和能否正常工作。不能则通过小喇叭报警。

3）系统bios将查找显卡的bios，显卡bios来完成显卡的初始化并显示显卡信息，出现开机的第一个画面。

4）查找完所有其它设备之后，bios显示自己的启动画面，屏幕底端左下角会出现详细信息。

5）系统bios将检测cpu的类型和工作频率，并将检测结果显示在屏幕上。

6）系统bios开始测试主机所有的内存容量，并同时在屏幕上显示内存测试的数值，就是大家所熟悉的屏幕上半部份那个飞速翻滚的内存计数器。

7）标准硬件设备检测，包括存储器和接口。

8）即插即用设备检测，检测的同时分配给资源，并在屏幕上以列表的方式显示。

9）更新escd（extended system configuration data，扩展系统配置数据）。escd是系统bios用来与操作系统交换硬件配置信息的数据，这些数据被存放在cmos中。

10）依据cmos中的启动顺序，引导操作系统。

5 计算机启动工作原理应用简单分析

众所周知，内存和显卡硬件故障，小喇叭会报警；但是有个别的机器小喇叭损坏或未接而不报警。如果此时检测画面停住，就不知道是那个硬件故障了。但是只要你精通上图启动检测顺序，就是我所倡导的一部分应该重点讲解的计算机原理，就可以准确判断了！如停在6处，则基本内存没问题，目前只是扩展内存有问题，但是证明前面5步肯定没有问题，而不至于一头雾水，检查cpu、主板等等！通过上面小例子，我所倡导的计算机原理，在计算机故障处理中的意义可见一斑。

6 结束语

综上所述：计算机启动工作原理，应成为计算机原理教学及计算机故障处理教学中的新重点！

计算机原理范文第3篇

[关键词]：计算机原理 计算机故障 学校

随着我国科学技术的发展，计算机的普及，社会对计算机电子信息技术水平有了更高的标准或者要求，这就需要学校的计算机相关专业的老师在进行相应的教育教学工作过程中，付出更多的努力或者接受更高要求的挑战。在计算机相关知识进行教育教学工作的过程中，计算机原理这门课程无论是对于老师的教育教学，还是学生的学习过程，一直都被作为重点问题以及难点问题进行对待。

1计算机原理课程的教授以及计算机相关故障的解决或者处理问题的现状分析。大部分的计算机教学老师对计算机原理这门课程进行教授的过程中，经常告诉同学们学习计算机原理的重要性以及必要性，其中具体来说就是计算机原理这门课程能够对以后更高层次的计算机知识的学习提供相对来说比较大的帮助作用或者指导效果，与此同时更重要的是能够为以后的学习或者工作中解决以及处理计算机故障问题奠定一个比较扎实的基础。

然而有些学校的学生在学习过程中，仍然不能够理解计算机原理课程的重要性，从而使得他们在学习过程中不好好学习计算机原理课程。经过专业工作人员的调查以及分析，发现学生在初学计算机原理课程的时候不好好学习的主要原因，就是该门学科在实践生活或者学习过程中，对于计算机原理相关知识或者基本技能的运用相对来说比较少，这样就使得学生们认为计算机原理课程不重要的或者不实用。这样的教学现状以及学习环境，在很大程度上使得学生在学习计算机原理以及解决计算机各种故障问题的过程中没有相应的兴趣，与此同时也使得部分计算机老师或者其他相关学科的教育教学工作人员在工作过程中遇到很多困难。

2计算机在未来道路上的发展问题和计算机相关故障处理问题的内在关系分析。无论是对于计算机相关理论知识的不断前进，还是对于计算机基本技能的改进，在很大程度上都需要有计算机相关故障的处理工作作为推动力量。从本质上这两者之间的关系可以说是相辅相成，互相影响的关系。假如在实际工作过程中没有发生计算机技术的进步或者发展，可能就会使得相关工作人员解决各种故障的工作，没有了其相应的研究作用或者实际意义。与此同时在实践工作过程中，假如计算机故障处理工作被忽视，就可能使得计算机在未来道路上发展以及进步，失去其进步或者发展的动力。

3计算机原理相关者知识的教授和计算机相关故障处理问题存在的内部关系分析。对于计算机原理的相关知识以及计算机各种故障的处理工作来说，它们在发展过程中可以说是一对矛盾，也就是说既有相辅相成的一面，与此同时也拥有相矛盾的一面。学生在校期间如果能够学好相应的计算机原理的知识或者基本技能，那么他们就能够在遇到相应的计算机故障的时候，利用计算机原理的知识具体的解释或者解决这些故障问题。与此同时在计算机实际工作中遇到的各种故障处理的问题的过程中，故障处理工作在很大程度上也能够从反面的角度去证明相关的计算机原理知识，这样导致的结果就是计算机故障处理在一定程度上推动计算机原理相关知识的进步或者发展。

4计算机原理的相关知识是计算机故障处理工作过程中，处理各种问题或者病症的基础技术。学校的计算机教育教学老师在对学生进行相应的教学工作过程中，主要从几个重点方面入手，具体来讲就是关于数字电路的相关分析工作以及电路的设计工作，同时也对计算机中的各种运算方法进行了相应的解释，以及对于存储器、控制器甚至相应的操作系统的介绍。

计算机原理课程以及相关知识的学习，不能够脱离学生以后的实践工作或者实际生活，这样才可以让学生在以后走向社会之后，对于计算机的各种运用以及相关故障的处理工作更加熟练。

计算机原理这门课程在进行讲授的过程中，需要进行相关代码以及各种数据的讲解，这些专业知识在实际生活以及学习中实战的机会少之又少，这也就说明了这些知识在实际工作中的案例非常少，从而使得教育教学老师在工作过程中更加的费力，与此同时大部分的学生在听课过程中，可能会出现不能够很好的理解这些计算机知识的现象，因而部分在学习过程中就会失去学习计算机原理的相关知识的兴趣以及热情，最终导致的结果就是学生更加对计算机其他相关知识的学习或者基本技能的训练失去原有的兴趣。

5对于计算机经常出现的故障进行简单的分析以及概述。我们可以通过简单的计算机理论知识了解到，当计算机的内存以及显卡的硬件在实际工作过程中出现故障或者遇到问题之后，它的小喇叭就会自动进行报警操作。然而在实践工作过程中，某些计算机可能会出现其小喇叭也出现故障的情况，在这个时候小喇叭就不会进行自动报警的操作。假如其检测的画面在这个时候停止，我们就不能够了解到计算机中具体哪个硬件出现了故障或者问题，最终导致的结果就是我们不能够通过自己的操作处理这些故障，然而假如学生在校期间在一定程度上比较精通计算机原理的相关知识，那么这些问题或者故障就能够迎刃而解。

[参考文献]：

[1]雷宏业，张平.论计算机原理与故障处理的关系[J].硅谷

[2]杨津生.计算机故障处理与维护分析[J].计算机光盘软件与应用

计算机原理范文第4篇

摘 要：本文主要探讨了计算机专业主干课程“计算机组成原理”的课程实现问题，分析比较了University of California at Berkeley、Carnegie Mellon University、清华大学和我校等几所大学“计算机组成原理”课程的教学情况，探讨了作为“计算机组成原理”的重要实践环节的“计算机设计与实践”课程的综合性、创新性实践教学模式，有助于提高“计算机组成原理”课程的教学质量。

关键词：计算机组成原理；计算机设计与实践；实践教学；综合能力

中图分类号：G642 文献标识码：B

1 引言

“计算机组成原理”是硬件系列课程中的核心课程，是计算机专业重要的专业基础课，它对其它课程有承上启下的作用，它的先修课程为“汇编语言”、“数字逻辑”，它又与“计算机系统结构”、“操作系统”、“计算机接口技术”等课程密切相关。主要教学任务是培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计和开发能力。“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”课程的后续课程和实践环节，将计算机组成原理课程的教学内容深化到应用实践，教学过程中不仅仅传授有关硬件设计的课本知识，更重要的是重视理论知识与实践过程的结合，实践教学内容不仅要将组成原理知识应用到实践中，还需将知识综合灵活运用，重视学生综合能力和创新能力的训练和培养[1]。

本文主要探讨“计算机组成原理”的课程实现问题，对University of California at Berkeley、Carnegie Mellon University、清华大学和我校等几所国内外知名大学所开设的“计算机组成原理”课程进行多方面的比较、分析研究，以期为“计算机组成原理”这门重要课程的课程设置和教学实践提供借鉴，提高课程的教学质量，与国际化接轨。

2 国内外教学情况

2.1 UC Berkeley

UC Berkeley大学的课程名称为“Machine Structures[2]”，选用教材为Patterson和Hennessy的“Computer Organization and Design: The Hardware Software Interface, Third Edition”。参考教材为Kernighan和Ritchie的“The C Programming Language, Second Edition”。

课程从机器结构高层设计的抽象描述到基本逻辑部

件的CPU设计，用C语言和MIPS汇编语言来介绍机器的抽象描述。课程内容主要有数的表示、C语言简介、存储管理、MIPS、浮点表示、输入输出、中断、磁盘存储、网络、缓存系统、虚拟存储器、逻辑设计、CPU结构，包括CPU数据通路、CPU控制等和流水线技术。

对应教学内容，都有相关的实验教学，培养学生编写和调试C和汇编语言的编程能力和用硬件描述语言模拟硬件的能力。相应的作业和设计题目强化学生对机器结构和实现的理解，简单的设计包括用C语言写的机器语言解释器，缓存模拟器和一个CPU模拟器。

UC Berkeley大学的课程主要讲授C和汇编语言编程，高级语言如何转换为机器语言，计算机的体系结构，中断，缓存，地址映射，CPU设计等，课程内容较广。

2.2 Carnegie Mellon University

Carnegie Mellon University大学的课程名称为“Computer Architecture[3]”，选用教材也是Patterson和Hennessy的“Computer Organization and Design: The Hardware Software Interface”，参考教材为Donald Thomas的“The Verilog Hardware Description Language, Fifth Edition”。

课程讲授如何选择和连接硬件元件来创建一个满足功能、性能和成本需求的计算机，介绍了现代计算机的基本的硬件结构，如何用Verilog语言设计处理器的控制单元和数据通路，如何使机器指令同时执行，以及怎样设计快速存储系统。

教学形式包括课堂讲授、作业、实验和报告。

为了培养学生的计算机系统设计和实现能力，实验要求学生用Verilog实现一个具有缓存和分支功能的超标量流水线处理器，处理器实现MIPS指令集的一个子集。

成绩评定方式为作业占10%(共有10次作业)，实验占30%(共有5次实验)，两次期中考试(各占15%)，期末考试占30%。

2.3 清华大学

清华大学的课程名称为“计算机组成原理[4]”，选用教材为王诚的《计算机组成与设计》。

课程主要介绍简单、完整、单处理器计算机的基本组成原理和内部运行机制，主要讲授数据表示、运算和运算器部件，指令、指令系统和控制器部件，多级结构的存储器系统，输入/输出设备与输入/输出系统等。课堂教学48学时，实验32学时，其中16个课内学时和16个课外学时。实验分为两部分，第一部分为原理验证性实验，第二部分为工程设计项目，采用教学计算机TEC-2000实验平台。验证性实验题目为“TEC-2000-16位机教学计算机的简单用法与运算器实验(2学时)”和“TEC-2000-16位教学计算机的控制器实验(2学时)”，工程设计项目题为“设计与实现TEC-2000 8位教学计算机系统(28学时)”，要求学生在实验中，以16位教学计算机及其软件模拟系统为基础，独立设计和实现一台8位的计算机。

考核方式包括作业、验证实验，大实验、学习报告和期末考试。

3 我校“计算机组成原理”教学情况

我校的课程“计算机组成原理”，选用教材为唐朔飞的《计算机组成原理》。

课程旨在使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念，主要讲授系统总线、存储器、输入输出系统、数的表示、计算机的运算方法和运算器、指令系统、CPU的结构和功能、控制单元和控制单元的设计。课堂教学52学时，实验16学时。为更好突出对学生能力的培养，做到教师与学生按1:15的比例，体现了个性化教学的思想。共有6个实验题目，包括存储器实验(设计型，3学时)、基本输入输出实验(综合型，3学时)、中断实验(验证型，2学时)、运算器实验(综合型，2学时)、控制器实验(设计型，3学时)和综合设计(综合设计型，3学时)。实验成绩根据预习、表现、报告等方面综合打分。

成绩评定由三部分组成，.期末考试占总成绩的80%，平时作业占总成绩的10%，实验能力占总成绩的10%。

为了进一步提高学生的动手能力和独立创新地解决实际问题的能力，除了实验课外，还增设了实践性很强的“计算机设计与实践”课，作为计算机组成原理的必要补充。该课程是一门以应用为视角，进一步提高学生硬件方面的实际动手能力和设计能力的课程。课程采用理论和实践相结合的方法进行教学，以实践为主(18学时授课/60学时实验)，要求学生掌握有关硬件设计工具的功能和用法，初步掌握计算机部件和CPU的设计方法和调试方法，极有利于提高学生的动手能力和创新能力。

计算机设计与实践课程对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与科学实践能力具有特殊的作用，着重培养学生的以下能力。

系统级的认识能力。建立整机概念，掌握自顶向下的问题分析能力，既能理解系统各层次的细节，又能站在系统总体的角度从宏观上认识系统，然后将系统很好的分解为功能模块。这种理解必须超越各组成部分的实现细节，而认识到计算机的软件系统和硬件系统的结构以及它们建立和分析的过程，这一过程是应该以深入理解计算机组成原理为基础的。

培养学生理论联系实际的能力。计算机实践教学是计算机课程的重要环节，学好计算机仅靠理论知识是不够的，课堂讲授是使学生掌握计算机的基本知识和基本技能，而计算机实践教学的目的是要通过实际操作将所学到的知识付诸实际，是课堂教学的延伸和补充[5]。计算机设计与实践就是从理论、抽象、设计三个方面将计算机系统内部处理器、存储器、控制器、运算器、外设等各个部分联系起来，达到互相支撑、互相促进的目的。

培养学生完成工程项目能力。计算机设计与实践课程不仅仅是对理论的验证，重要的是技术训练和能力培养，包括动手能力、分析问题和解决问题的能力、书写能力和表达能力、团队协作能力等的培养，也就是要注重学生的工程能力，培养学生完成项目实践的能力。

在计算机设计与实践课程中，对学生来说，要求学生完成的设计内容是一个相对较大的设计项目，这样的项目涉及到不同课程中所学原理的应用，从而可以使学生把各阶段所学的内容都联系起来，达到综合应用的目的。

4 教学分析

从上述几所学校的课程教学情况可以看出，目前“计算机组成原理”课程的教学基本上都是采用“课堂教学+课程项目实验”的模式，课堂教学讲授基本概念和理论知识，项目实验主要是为了加深对基本概念和理论知识的理解及培养动手能力。教学的主要内容包括数据信息的表示，运算器，指令流程，微程序控制，组合逻辑控制，存贮系统，I/O，基本外设等。国外大学侧重于系统结构，侧重于软硬件接口，而国内大学侧重于组成，侧重于逻辑实现。比较而言，国外的教材在新技术的介绍、教材的更新换代方面较有优势。

从实验内容的设计上，基本都涵盖了验证型、设计型和综合型实验内容，最终都以实现一个处理器作为综合设计型实验内容。我校在“计算机组成原理”课程之后更开设了一门实践性为主的“计算机设计与实践”课程，来加强实践教学。

从考核方式看，考核形式都比较多样，包括作业、实验、报告和考试等。在考核方式上，我校的计算机组成原理课程略显单一，主要以期末考试成绩为主。

通过以上各学校课程教学情况的分析，可以看出，我校的计算机组成原理课程在教学模式、教学内容和实验内容上都基本与国外一流大学接近。

在教学内容上，我们应适当引进介绍当前计算机发展的新技术，或指定一两本课外参考书，使学生除了掌握计算机的基本原理和理论外，还能了解当前计算机的新进展、新技术。

在考核方式上适当增加实验的比重，增加大作业、报告等考核形式，使考核形式更多样化。

参考文献

[1] 向琳，左德承，罗丹彦，张展，唐朔飞．“计算机设计与实践”课程创新性实践教学探索[J]．计算机教育，2007，(3).

计算机原理范文第5篇

关键词：CP；CA；教学内容；内容重复

中图分类号：G642　文献标识码：B

1　引言

“计算机组成原理”(CP)是高校计算机专业学生的一门必修的专业技术基础课，它不仅可使学生剖析和体验计.算机的基本组成和工作原理，掌握计算机系统的基本设计技术，而且可培养学生分析和解决数字系统实际问题的能力，同时也是培养计算机系统分析、系统设计和系统集成技术人员的一个有效的教育环节。它在整个专业课的教学中，起到了承上启下的作用，是“微机接口技术”、“汇编语言程序设计”、“计算机系统结构”等后继课程的基础。该课程以计算机5大部件内容为主线，以内部结构和工作原理为重点，介绍计算机内部各功能部件的结构和工作原理及其构成整机的原理。

“计算机系统结构”(CA)是计算机领域中的一门重要学科，它强调从总体结构和系统分析这一角度来研究计算机系统。学习本课程，对于培养学生系统地、自上而下地分析和解决问题的能力和抽象思维能力有着非常重要的作用。本课程通过讲解计算机体系结构的新发展，把国内外体系结构方面比较成熟的研究成果和关键技术融入课程当中，并把前续的“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“操作系统”、“编译原理”、“数据结构”、“汇编语言程序设计”等课程中所需的软硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。

由此可见CP与CA有着紧密的联系，在现有的教材中甚至出现了比较多的重复，在学生中引起比较大的反应。本文主要针对这一问题进行研究，拟在理顺这两门课的关系，调整好两门课程的教学内容。

2　教学内容的研究

在cP与CA系列教材中，两门课程出现重复的内容有：计算机系统的层次结构和计算机系统的性能指标；浮点数据的表示、寻址技术、指令格式的优化设计、复杂指令系统(CISC)和精简指令系统(RISC)：高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器工作原理和地址的映像与变换；输入输出系统的原理和方式、中断系统的工作原理：流水线工作原理。重复的结果不仅占用了CA课程宝贵的课时，而且使学生产生了厌学情绪。CP与cA两门课程究竟如何分工?该不该重复?又该怎么重复?是教学中值得研究的问题，也是亟待解决的问题。

在课程内容的选择上，以教学大纲为依据，按照学科知识体系的完整性和适时性原则组织课程内容。在内容上做到没有知识的简单重复、没有重要知识的缺失，同时要删除已过时知识，并补充新知识，从内容方面激发、吸引学生的学习兴趣。本文重点研究分析重复内容的必要性、可完善性和创新性。

对于计算机系统的层次结构，在CP中作为概述来介绍，以了解微程序在计算机系统层次结构中的位置，可以更好地理解软件、硬件、固件的地位和作用；而在CA里则是从概念和功能上将计算机系统看成多级层次结构，这样有益于理解各种语言的实质和实现途径，探索虚拟机新的实现方法和新的系统设计。所以计算机系统的层次结构的概念在CP课程和CA课程中是必需的内容。

关于计算机系统的性能指标，由于在CP中讲述的是冯・诺依曼体系结构各组成部分的工作原理，所以了解各组成部分的性能指标是必要的；而在CA课程中用性能指标来衡量计算机系统的标准，所以有必要更深入分析CPU时间、MIPS、MFLOPS和成本指标。

对浮点数据的表示，在CP课程中介绍了浮点数据的表示格式和表示范围，在CA课程中不必再重复，只需介绍浮点数的基数的选择、表数精度和表数效率，然后介绍浮点数的IEEE 754表示；当然对于高级数据的表示，在CA课程中是必需的。

对于指令系统，在CP中介绍指令的格式、寻址方式和操作码的扩展编码方式，最后介绍CISC和RISe的概念和示例；在CA课程中主要介绍指令格式的优化，CISC和RISC设计的关键技术。

输入输出系统的原理和方式、中断系统的工作原理在两门课程中是重复最多的一部分，CA较CP多出了通道处理机和输入输出处理机简介，可以归入CP课程。但考虑到中大型计算机的输入输出系统在计算机系统结构中是很重要的部分，所以可以将通道处理机和输入输出处理机在CA中介绍，同时将CP中的系统总线简介也归于系统结构，并从系统设计的角度去介绍。

高速缓冲存储器和虚拟存储器工作原理以及地址的映像和变换在两门课程中也是重复较多的。在CP中可以仅介绍其工作原理；而在CA课程中重点在于其性能分析，深入学习替换算法及其实现，分析提高存储器系统命中率和性能的方法。

对于流水线工作原理，在CP中仅介绍了流水线、数据相关和控制相关的概念，但在CA中要学习流水线处理机、超标量处理机与超流水处理机，其中包括先行控制技术、流水线原理、流水线性能分析、非线性流水线的调度方法、局部数据相关和全局数据相关、超标量超流水超长指令字处理机和向量流水和向量处理机，其内容远多于CP，因此这部分内容完全归入CA比较合理的。

在CA与CP中的未重复的内容，比如向量处理、SIMD并行计算机、SIMD计算机的互连网络、多处理机将作为重点内容在CA中介绍。而在以上分析中，由于CA课程的内容部分归入了CP，所以可以在CA课程中添入新的内容，比如多处理机算法，包括并行搜索算法、串行算法到并行算法的转换、同步并行算法和异步并行算法，并行程序设计语言及其实现方法。最后可以介绍计算机体系结构的新发展，包括数据流计算机、数据库机与知识库机以及面向函数程序设计语言的归纳机。

以上对CP与CA两门课程的重复内容进行了分析研究，拟在理清两门课程的关系，合理解决两门课程的内容重复问题。

3　解决方案

解决该两门课程内容重复的宗旨在于把握CP注重原理介绍，而CA注重高性能设计和并行处理。通过对两门课程的内容的研究和分析，调整后的内容如表1所示。

将表1中CP的第2、5章与CA的第2章、CP的第7章与CA的第3章、CP的第4章与CA的第4章分别进行比较，虽然在章名上有些类似，但其内容并没有重复。一个注重原理，另一个侧重系统性能、并行处理系统以及进一步提高计算机性能的新技术。CP是CA的基础，CA是CP的扩展，从提高计算机系统结构性能的角度出发，从单处理机走向并行处理机，走向新型体系结构的计算机，这正是CA的研究方向，展示了计算机系统结构研究的美好前程。

4　结语

计算机原理范文第6篇

关键词 计算机游戏；设计原理；游戏引擎；设计思想

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0049-01

在计算机游戏的设计过程中，良好的设计原理是该款游戏成功的基础和前提，而高效的游戏引擎则是其良好运行的核心。因此计算机游戏设计人员在游戏设计过程中应当对计算机游戏的设计原理和引擎设计有着充分的了解，从而在此基础上设计出具有高质量、可玩性优秀的杰出计算机游戏。

1 计算机游戏设计原理

众所周知，随着计算机游戏的不断发展和进步，游戏设计原理曾经一度淹没在了狂热的术语海洋中，即对计算机游戏设计原理的解释出现了多样性化的情况，并且这种多样化的解释最终并没有形成较为统一的理解。在计算机游戏中，模拟游戏（Sim）、射击游戏（shooter）角色扮演游戏（RPG）是较早并且具有较强代表性的计算机游戏，这些游戏的设计、产生和应用为计算机游戏整体设计水平的提升奠定的良好的基础。在这些早期的游戏设计过程中，游戏设计者通过让游戏玩家利用一种非结构化的方式来进行游戏体验，这种游戏体验往往具有较为明确的目标，例如角色扮演游戏则是以剧情的进展、而射击游戏是以关卡的演进为明确的目标，但是在明确的设计结构下游戏玩家的动作是随意的，即在这种游戏设计原理下游戏玩家能够进行具有探索性的游戏方式，这种游戏方式的存在极大的提升了计算机游戏的可玩性并且为接下来计算机游戏的设计水平提升提供了重要助力。即游戏玩家通过自主探索在实际上可以有效反应出游戏设计的基本结构，这种结构在提升游戏系统明确性的同时可以较为集中的反应游戏设计接下来的进步方向。

在这之后，计算机游戏的设计从追寻某个特点的目标，例如角色扮演的剧情补完和射击游戏的关卡全通进入到了新的领域，即互动。这一设计理念是随着网络技术的发展而同步发展的，即网络技术的发展在一方面为计算机游戏的设计提供机遇的同时也带来了挑战。例如在角色扮演游戏中出现了以联网为基础的协同游戏和装备交换，而在设计游戏中出现了较为经典的人人对抗，即多人在线竞技。在网络化、协作化的发展过程中，计算机游戏的设计者开始界定游戏中的竞赛（completion）和游戏（game）。即在新型的计算机游戏中游戏玩家可以直接相互影响，并且每个人的动作在影响游戏自身的同时还会影响到其他玩家。这种游戏设计思想使得计算机游戏更加接近现实生活并且极大的提升了计算机游戏的真实性和可玩性。

2 游戏引擎设计思想

在计算机游戏的设计过程中，游戏引擎的设计是重中之重。通常来说游戏理念的好坏将会决定一个计算机游戏的上限，而游戏引擎将会决定一个计算机游戏的下限。众所周知游戏引擎是一个为了能够运行某一类游戏而设计的，能够被计算机进行识别的代码集合和指令集合。根据计算机游戏类型和要求的不同，计算机游戏的引擎具有种类繁多、控制复杂、设计繁琐等特性，因此如果在计算机游戏的设计、开发过程中不对游戏引擎设计进行革新，则会导致游戏性能无法满足计算机游戏需求并且增加游戏设计难度和整体开发时间以及开发成本。因此在计算机游戏的引擎设计过程中游戏设计者应当注重提升游戏引擎的通用性和可复用性以及可扩展性。通用性的提升能够促使这一引擎在别人游戏设计中的应用，而可复用性的提升将会提升游戏的复合性，即游戏提升游戏的整体层次并使游戏显得有内涵。而可扩展性的提升将会为游戏接下来的改进留有足够的余地，从而为游戏本身BUG的修正和内容的完善奠定良好的基础。通用性、可复合性、可扩展性的提升使得一体化、高性能的游戏引擎的开发成为可能。

除此之外，由于游戏引擎在计算机游戏设计中相当于游戏框架，因此在这一框架进行合理搭设后，计算机游戏设计者只要通过内容的有效填充就可以完成游戏的基本设计。在这一过程中游戏设计的所有通用操作，例如显示处理、网络处理等模块会由整合在游戏引擎内部的组件自动完成。这意味着成功的游戏引擎能够使计算机游戏的开发变得更加简单、更为有效与此同时具有较强的技术验证水平。

通常来说较为成功的游戏引擎主要具有以下优点：费用低、源代码支持、技术较为方便、能够进行便捷的分析研究、功能强大、易学好用、商业应用成熟等。除此之外，一款优秀的游戏引擎还应当具有事件输入模块，这一模块的主要作用在于显示鼠标在GUI上的移动事件并且有效处理相应的输入事件。而输入事件则会通过平台进行解释后将其递交给游戏。游戏能够根据全局动作映射表检查输入事件，从而有效的将平台层的输入事件发送到相应的主应用程序中。另外，游戏引擎还需要具有高效的资源管理器模块，这一模块能够有效使用资源管理器对游戏中的各种地图、位图、材质、字体等资源进行高效的管理与此同时提供一个进行加载和资源保存的通用接口。而网络管理模块的应用能够为计算机游戏提供强大的客户连线和服务器网络支持，这一模块能够较好地处理了计算机游戏中的实时网络编程问题，并且这一模块的应用可以合理减少带宽、数据丢失、网络延迟给计算机游戏带来的影响。

最后，对于一款游戏引擎而言窗口管理模块也是必不可少的，这一模块的主要内容包括了计算机游戏中较为重要的游戏菜单、游戏设置、游戏选项、消息系统等内容，即窗口管理模块负责控制游戏的具体设备并且能够接受游戏玩家的控制输入与此同时做到提供各种按钮控件。

3 结束语

随着我国电子产业的不断发展和自主计算机游戏发展速度的不断加快，在计算机游戏设计过程中原理研究和引擎研究取得了良好的实践效果。因此，计算机游戏设计人员在工作中应当注重设计原理和游戏引擎的合理研究与分析，并在此基础上通过实践的进行促进我国计算机游戏整体水平的有效提升。

参考文献

[1]张文瑞.游戏开发的脚本机制及其应用[J].科技情报开发与经济，2009，19（9）：122-123.

[2]KennethC.Finney.3D游戏开发大全[M].清华大学出版社，2005.

[3]程卫星，郝爱民.面向分布式游戏服务器的消息公平处理算法[J].计算机工程，2008，34（10）：19-21.

作者简介

计算机原理范文第7篇

论文联盟如今，微型计算机不但被广泛使用还影响着人们的工作、生活以及思维方式。在2011年，有人对在校大学进行过一个调查：如果没有计算机，试问晚上你会做什么？就这么一个简单的问题，居然让很多人一脸茫然。这个调查仅仅在学校进行，事实上社会上使用计算机的频率更高。能够熟练使用微型计算机的人比较多，但是又有多少人了解微型计算机的工作原理。在这样形势下，探析微型计算机原理与应用就必备了现实意义。

1 微型计算机系统组成

对于一台微型计算机来说，由软件系统与硬件系统共同组成的。其硬件系统主要是构成计算机的电子元器件、电子线路以及机械装置等各种物理设备；而软件系统主要是程序以及有关的程序技术文档资料。而这两个部分仅仅是大划分，它们下面分别又化成了许多重要的组成部分。

1.1 微型计算机硬件系统

硬件系统由是由运算器、控制器、存储器、输入设备与输出设备5部分组成。下面分别就这5部分进行适当阐述。

1）运算器。在微型计算机中，运算器就是一种执行部件，所承担的任务就是对信息进行加工处理；其运算的方式主要有加减乘除与与或非、异或、同或以及逻辑运算。

2）控制器。该部件主要是微型计算机的控制中心。其中最主要的控制部件是cpu，也是整个微型计算机的指挥中心，用来协调整个计算机的工作，进而来完成程序信息，并经过输出设备输送出去。

3）存储器。这部分就相当于微型计算机的仓库，用来存放计算机中的数据与程序；而程序是微型计算机用来操作的依据，数据是微型计算机用来操作的对象。

4）输入设备。该设备的主要功能就是将用户的信息以指令形式传送到计算机中，传送过程中还要将信息处理成计算机能够识别的信息，最具代表性的就是键盘、鼠标。

5）输出设备。将微型计算机的处理结果按照一定方式传送出去，共用户使用。最具代表性的就是显示器；

1.2 软件系统

软件系统所包含的内容是非常丰富，要对其具体分类十分困难，因此，按照系统的功能不同，可以划分为应用软件与系统软件；所谓的系统软件主要是指对微型计算机进行管理、调度、监视以及服务等，比如操作系统就是典型的系统软件；而应用软件且是利用计算机作为操作平台来解决生活中实际问题的程序，比如outocad软件就是利用计算机来画图软件。

2 微型计算机原理

多年以来，很多人都在对微型计算机的原理进行研究。但是相比之下，最为成功、全面的还是1946年由数学家冯.诺依曼出来的工作过程，如图1所示。

从该流程中可以发现，其整个工作原理可以按照如下进行。

首先用户要将自己的意图编写成程序，然后将这些程序按照指令形式传输给微型计算机，就计算机就能够按照这些程序去执行程序。当输入设备将用户的指令传送到微型计算机内存中，cpu就会按照指令的先后顺序开始执行，让各个部件自动去执行。

要探讨微型计算机原理，就一定要清楚存储单元，事实上存储单元就相当于一个房间（本文就比喻成房间），其中存放的是机器语言，即二进制；对于存储单元来说，主要有两个特征：①存储单元这个房间中存放的仅仅是内存中某一个房间上面的房间号码，无论何时，这个房间号码都可以任由cpu使用；②存储单元具备自动增加一个房间的功能。

图1 微型计算机结构图

现在用例子的形式来阐述微型计算机原理：某用户通过程序给微型计算机发出三条指令，这3个指令就放进内存中的201、202、203三个房间之中，那么按照处理顺序201首先被放进了存储单元；cpu在微型计算机中查询就只能查到201，就从内存之中取出201房间指令并按照要求执行；但201房间的指令被执行完之后，存储单元会自动增加一个成为了202，当cpu再到内存之中查询存储单元之时，就会自动到202之中了，就会从202中取出指令并且按要求执行。按照中工作模式，微型计算机在无人参与情况下，就会自

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动的按照顺序执行程序，一直到存储单元中的所有程序全部被执行。

3 微型计算机的应用

随着微型计算机技术的飞跃发展，已经被人们普及使用了。具体而言，微型计算机主要应用在如下几个方面。

1）科学计算和处理数据。在工程设计、科学研究以及社会经济管理规划等行业中有着复杂的数学计算，比如：处理航天的测控数据、计算卫星的轨道等，如果依靠人做是不可能完成，就必须要利用微型计算机来处理数据。

2）办公自动化和信息管理。现在很多大型企业、国家一些部门所管理内容较多，具有一个庞大的数据系统。比如：人事档案管理、生产计划管理以及购销合同管理等。只有科学合理的使用微型计算机，进行办公自动化以及信息管理。比如国家对人口的身份信息管理就是一个比较庞大数据系统，过去依据人来管理经常出现错误，连身份证号码都出现重号、错号等现象，但采用微型计算机管理之后，不但规范论文联盟了管理还大大降低了这些错误。

3）自动化仪表仪器。对于一起仪表的安装之中，使用微型计算机之后能够增强仪器仪表的功能，提高其使用性和可靠性，同时还减小了仪器仪表的体积和重量。

4）教育、文化娱乐以及家用。在教育中已经普遍采用计算机辅助教学，目前已经成为了主要教学手段，就是使用多媒体技术也必须要通过微型计算机这个平台来实现。而且利用微型计算机结合多媒体形成了组合影像设备，已经走进了千家万户，成为了人们生活提高的象征。

4 结束语

计算机原理范文第8篇

关键词：计算机组成原理；建构主义；启发式教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）25-0069-02

《计算机组成原理》是计算机科学与技术及相关专业的一门专业必修课程，主要介绍计算机系统五大功能部件的工作原理，其主要教学任务是让大学生认识和掌握计算机硬件结构的功能和培养相关应用和开发能力，是《微机原理》、《操作系统》、《系统结构》等课程的前导课程，在计算机类专业的课程中起着承前启后的重要纽带作用。

传统的《计算机组成原理》课程的教学，大多是以教师为中心，一般采用理论讲授的教学方式，实验项目也大部分以验证性实验为主，学生对这门课普遍感到既抽象又枯燥，造成的结果是教师难教和学生畏学。基于以上问题，我们进行了课程教学改革，主要解决的问题是：在教学大纲规定的有限课时内，紧紧把握课程的主线和重点，以培养应用型人才为目标，充分激发学生的主观能动性，彻底改变当前计算机专业学生存在的怕硬件的现象，使学生不仅掌握计算机系统各部件的工作原理，而且具备较强的实践动手能力。

1 吃透教材，合理组织教学内容

目前，高校《计算机组成原理》课程普遍存在“教学内容多、课时少”的特点。作为计算机科学与技术及相关专业研究生全国统考的必考课程之一，为了让学生全面掌握《计算机组成原理》的考研知识点，挑选一本内容条理，组织得当的教材非常重要。按照我院教学计划的安排，本着考研第一的教学理念，我们选择了唐朔飞教授的编写的《计算机组成原理》作为主要教材。

在教学内容的编排上，从计算机系统整体概念出发，以计算机五大组成部件为主线，按照教学大纲，对每一章的知识点都进行分类，哪些是重点，哪些是难点，哪些要精讲，那些要选讲，在备课的过程中都做了详细安排。精讲的内容主要由教师讲授，对于一些细节一定要讲透，让学生彻底掌握。同时要求教师要了解与本课程有关的前沿知识，在课堂上作为知识的补充。这样既提高了学生的学习兴趣，又弥补了教材的不足；对于选讲部分，可让学生利用课外时间进行自学或讨论，教师安排专门的时间进行总结，既弥补了课时不足的缺点，又能培养学生的自学能力。

2 以学生为主体、采用理论推导为主的教学方法

上世纪九十年代以后，“建构主义”的教学模式逐渐发展起来。这种教学模式提倡“以学生为教学主体，在整个教学过程中，教师的作用是组织者、指导者、帮助者和促进者，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”。

《计算机组成原理》是一门基础理论课，内容多而抽象，学生理解起来较难，很多学生在学完整个课程后仍似懂非懂，不得要领。究其原因，主要是学生在学习过程中处于被动地位，他们被动地听老师讲课，被动地记忆一些知识点，被动地做题，而不是主动地参与到学习过程中去。所以对于知识点学生不能很好地整体把握，不能形成计算机系统的整体框架。

因此，在教学过程中，我们必须遵循“建构主义”的教学思想，让学生作为教学过程的主体，采用理论推导为主的教学方法来彻底改变的教学效果。

在具体实施过程中，对于每一个新内容，教师在讲授前都要对该内容作简明扼要的介绍，关键要把该内容与课程体系的关系告诉学生，帮助学生对新学知识点进行定位。接下来承前启后地提出每一节课将要解决的问题以及解决该问题要采用的方法，对于某些知识点，还可以渐进地帮助学生分析用这种方法解决问题所存在的缺点，进而提出还有哪些更先进的方法。把这些作为每节课的任务布置给学生。学生就有了明确的学习目标和知识定位，就会在学习过程中充分发挥自己的主观能动性。这样既节省了时间，又提高了学习效率，还能培养学生的自学能力和创新能力。

3 改变教学手段，提高学习效率

目前，大部分《计算机组成原理》教材虽然都配套多媒体教学课件，但只是对课本内容的罗列，知识点较乱，重点不突出，实用性差。因此，要求教师在课下必须大量查阅相关资料，把了解和掌握的计算机科学发展的前沿技术作为必要的知识补充。备课时，教师要对计算机体系结构进行重新梳理和归纳，按照自己的理解补充课件内容，这样才能充分发挥多媒体课件的优势，创造一个良好的学习环境。

在实施过程中，我们以导学为主，以“任务驱动法”、“启发式教学法”、“案例教学法”等多种方法相结合为辅，贯穿于理论教学、课堂讨论、集体答疑、实践活动等各个教学环节。在多媒体课件的辅助下，教师不再照本宣科，课堂教学不再枯燥无味，而是变得更加生动形象，学生的学习兴趣提高了，学生的积极性调动起来了。同时，教师还必须加强对学生课外学习的辅导和督促，要督促学生独立地完成作业和实验，教师要及时进行评分并反馈给学生，对表现好的同学要表扬，强化他们学习自主性的意识，对表现不好的学生要多鼓励和帮助，引导他们自主学习。

4 建立试题库，夯实教学质量

为了让学生更好地把握重点和难点，根据教材及大纲要求，建立了《计算机组成原理》课程的试题库。试题库共30份，包括填空题、选择题、判断题、简答题和计算题5种题型。我们教学的目的是让学生掌握每一个知识点，所以试题库要向学生公开。试题库基本涵盖了大纲规定的所有知识点，尤其是重点和难点，要从不同题型体现，才能让学生真正掌握。学生如果对试题库中的题目真正做到会选择、会回答、会判断、会计算，我们的教学目的就达到了。在期末考试试卷中，为了避免少数学生死记硬背题库中的试题，在试卷中除了一部分题库的试题外，还必须补充一定比例的新题。通过建立试题库，学生明确了自己的学习目标，教师减轻了工作量，教学质量也得到了保证。

5 理论和实践相结合，培养创新能力

长期以来，我们一直都重视课程的知识传授，而对于培养学生的创新能力、提高学生的综合素质却做得远远不够。而创新能力的培养，综合素质的提高，需要实验教学环节的加强。为此，经过多方的调研，我们从2004年开始陆续购买了北京精仪达盛科技有限公司生产的《计算机组成原理》实验系统，逐渐建立并完善了《计算机组成原理》实验室，同时把《计算机组成原理》的课程教学分为理论教学、实验教学、课程设计三大模块。

理论教学模块包含的内容如表1所示。

由于课时及相关知识欠缺等原因，对于《计算机组成原理》的课程设计，结合我系学生实际情况，我们在《计算机组成原理》相关课程全部开设后，在大三第二学期开设一门《硬件课程综合设计》实践课，旨在让学生对硬件类课程的内容梳理融合，进行一些设计性试验。

由于学生基础较弱，完成以上设计性实验的难度很大，大部分同学在规定的课时内不能按时完成，所有我们必须充分利用周六和周日来开放实验室，让学生有更多的时间完成实验，这样就有效地解决了课时和能力培养之间的矛盾。

6 结束语

《计算机组成原理》的课程教学和实验室的建立完善在我校都还是一个新的探索，几年地努力，几年的实践 ， 让我们深深体会到深化教学改革 ， 提高教学水平 ， 促进了实验室的建设与发展， 对学生工程技术能力的培养起到了的积极作用。今后，我们还需要不断地努力进取，才能使其日臻完善。

参考文献：

[1] 郑玉彤. 计算机组成原理课程实现的比较研究[J]. 中央民族大学学报（自然科学版）， 2003， 12（1）：79-82.

[2] 蔡文伟. 《计算机组成原理》教学实践中的几点思考[J]. 肇庆学院学报， 2004（4）：73-76.

计算机原理范文第9篇

【关键词】C语言 计算机原理 语言结构

【中图分类号】TP312 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0256-01

C语言是计算机程序设计语言治愈，具备了高级语言和汇编语言的特点，当前C语言功能繁多，在计算机设计中开始逐渐采用C语言设计，方便软件的编写，本文主要分析C语言在计算机原理中的应用。

1.C语言概述

C语言是一种通用计算机编程语言，编译简单，无需特别的运行环境，非常适合搭配汇编语言来使用，C语言由函数构成，能够解决多个编辑任务，同时也能将多个程序组合在一起完成任务。在现实的开发问题中，可以由多个人来承担程序比恩写，提高程序的编辑能力和团建开发能力。C语言从开始出现到现在一直被使用在计算机领域中，很容易学会，能够充分发挥出回汇编语言的优点。在科学领域中，C语言主要服务于软件的开发，如开发单片机以及嵌入式系统等。C语言在计算机领域得到广泛应用主要不仅仅是因为能够适合多种操作系统，与数据类型、功能繁多有关，另外也与强大的图形功能有很大的关系。与其他高级语言相比，C语言能够直接调用系统功能，实现硬件的操作。

2.计算机语言的数据表示分析

随着计算机技术的不断发展进步，计算机语言编程在计算机相关应用中已经不是最终的部分，很多应用软件中不会过多关注C语言，因此在分析C语言中，需要抛弃掉计算机的固有认识。如在实践应用中可以先分析二进制、十进制表示法，相对十进制而言，而仅是具有很大的优越性，但是一些比较特殊的数据难以达到要求，在计算机语言数据中使用受到显示，C语言能够弥补二进制表示法的不足，C语言包括了预算符、关键字以及控制语句各34个、32个、9个，能够实现其他汇编语言所无法实现的运算操作功能，结构紧凑，使用方便。另外C语言还能够使用与补码不同的特定表示方法，如浮点类型法float等。C语言中的字符类型法在表示实际语言数据中使用非常方便，一个字符代表一个字节。C语言程序基本是可以使用在不同的操作环境中，无需修改，可移植性很强。

3.C语言在计算机原理中的应用

目前C语言不仅使用在计算机软件编程中，还是用在二维、动画等设计中，在分析C语言在计算机原理应用中，需要先分析计算机内存储器的内部构造，计算机内存的容量、结构等对C语言程序非常重要。对于计算机内存编址的重点集中在保证存在大量内存编址中，想要实现这个结果需要进行二进制，由于分辨字节编址内容的差异，每个字节可以存放的内容也存在很多的不同。

C语言在计算机原理应用中作为指针、字符串等。在声明相关变量中，若是变量前面采用*符号，就表示这个变量为指针形变量，*的主要功能为得到内容的操作符号，就是得到相对应的存储信息，一个指针就是一个地址常量，C语言与其他语言最大的差别在于指针，指针不仅仅对应着变量地址，同时还对应着数组、函数的地址，当然若是操作不当可能会对整个程序带来隐患。

C语言的字符串与char型类似，表示text文本的字符序列就是字符串组，在不用采用引用库时可以采用字串符来表示，在数组看上去像是一个字符串时，就需要采用C标准库里面的字符串来对应里面的函数，使这些函数找到开头文件。计算机垃圾数据是启动中以前使用过的没有及时清除的数据，垃圾数据是C语言的重要组成部分，在操作中，若是存储空间被占用后就不能再使用。

C语言结构范围循环结构、选择结构和顺序结构，在使用中，顺序结构可以进行单独使用，构成比较简单，能够使用在日常的程序设计中，如输入机构、计算结构等都是使用顺序结构，在计算机原理应用中很常见，在使用中需要依照先后顺序进行操作。在一些程序的设计与运算中，很多程序设计存在重复性，把他们引入程序中，就属于循环结构，循环结构在使用中，避免了书写中存在的重复问题，也能够避免重复性的运算，在相应程度上能够缩短程序的长度。选择结构是对相关选择结构的执行，在选择结构的程序设计方法中，最关键的部分在于分支条件，在C语言中，提供的语句主要是if和if-else等，通过此派生出另外一种选择结果。C语言由多个独立的函数组成，这是C语言模块化思想的表现，在编写调试计算机原理中能够分开各个程序进行编写调试，能够提高程序的开发效率。

综上所述，本文主要分析C语言在计算机原理中的应用，C语言灵活方面，具有很强的适用性，能够在程序的编辑和软件开发中大大提高工作效率，因此C语言成为当前高级程序设计常采用的语言之一。

参考文献：

计算机原理范文第10篇

关键词：计算机组成原理；教学改革；教学实践；实验教材

0 引言

“计算机组成原理”是普通高等院校计算机科学与技术专业本科生必修的核心骨干课程之一，在先修课（数字逻辑）和后续课（计算机系统结构、微计算机接口技术）之间起着重要的承上启下作用（见图1）。一方面，通过“计算机组成原理”（以下简称组成原理）课程的学习，把“数字逻辑”课程中的基本数字逻辑单元组合成具有一定独立功能的计算机部件；另一方面，从微处理器数据通路设计角度引入指令集及软硬件功能分界面的概念，对学生理解计算机系统的软件和硬件设计思想产生深刻的影响，从而为后续的“计算机系统结构”分析系统性能优化所需硬件支持，并在系统复杂度、性能、成本问进行折中等内容提供知识准备。

当前的计算机内部结构日趋复杂、庞大和集成化，学生普遍感到组成原理难懂、概念抽象、感性认识差。在教学中，仅仅使用传统的教学方法和手段很难实现教学目标，如何改革组成原理教学过程、吸引学生兴趣、改善教学效果和效率并紧密结合计算机技术的发展趋势成为任课教师亟待解决的问题。经过多年的教学改革实践，我们探索出一些激发学习兴趣、提高理论知识的掌握与理解程度、增强实践动手能力的教学改革措施。

本文剖析了当前组成原理课程教学中面临的教与学、多样化教材和统一考试、重实用和重基础几个方面的挑战，阐述了在教学内容、方法、手段、实验教材编写等方面进行教学改革的思路和方法。

1 “计算机组成原理”教学中面临的挑战

1.1难教与难学的困境

计算机微体系结构的不断发展使得新概念、新技术层出不穷，为了确保授课内容贴近本领域技术发展的前沿，任课教师需要不断地跟踪学习国内外相关技术文献，以掌握微处理器设计的核心技术并渗透于教学内容中，大大增加了备课的难度。从学生的角度来说，由于组成原理中类似离散数学的证明、推导较少，也缺乏类似数据结构中的算法，学生觉得组成原理课“理论性、规律性不强”，“知识点零散”，“复习时无从下手”等，而且，在学习计算机各组成部分的硬件电路及其工作原理时，有时要用到数字电路、数字逻辑等先修课程的相关知识，学生对这些知识掌握得不够深入、基础薄弱，综合运用时就会感到吃力，因而兴趣不高。这种双方面的困难造成了组成原理课程既难教又难学的困境，往往教师课外花费大量的时间备课，课堂教学时却很难真正引起学生的兴趣。

1.2多样化教材与全国统考的矛盾

目前，国内主流的“计算机组成原理”教材很多，侧重点各有不同。自2009年计算机专业研究生入学考试改为全国统一考试以来，在专业基础综合卷中所占比重较大的课程，如“数据结构”和“操作系统”，分别拥有比较经典的、被国内大多数高校广为采用的教材，而组成原理课程的教材仍然是处在群雄混战的局面。经过认真分析考试大纲，发现其中的知识点涵盖了多本相关教材，并不局限于某一本教材。在目前考研人数居高不下的形势下，如何精心选择一本适合的教材并兼顾其他，使学生广采众家之长，在就业和考研竞争中占有优势，是任课教师在教学中面临的又一个难题。

1.3“重实用”与“重基础”的矛盾

上课时经常遇到学生提问：学习本课程对以后工作有什么用处？对此，需要教育学生重视夯实专业基础，不要为流行一时的应用技术迷惑，只有真正理解和掌握了计算科学的实质才能在今后的研究和工作中选准方向。当前国内计算机硬件人才培养弱化，软件人才需求旺盛且待遇较高的现实情况，也造成了学生“重软件、轻硬件”的认识。在课堂教学中，要注意纠正学生的这种偏见，强化软件性能取决于软件设计者对系统中硬件的理解程度、操作系统的设计者也需要有较强的计算机组成与设计的背景知识等意识。

2 教学改革与实践

经过多年来对组成原理课程进行的教改实践，为达到培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力的教学目的，本文从以下几个方面对该课程的教学进行了一些有益的探索。

2.1合理组织教学内容

在教学内容的安排上，将“计算机组成原理”课程的重点放在指令系统、运算器、控制器的设计上，对于重点内容讲深、讲透，其他部分则通过学生自学或讨论课讲授。对于核心教学内容，按照基本原理、简明示例、真实计算机系统举例3个层次逐层递进安排。

2.1.1基本原理是基础

基本原理是学习和理解计算机组成与运行机制的核心知识，具有稳定性和通用性，是学生一定要掌握的内容。例如，对于“冯·诺依曼计算机的基本组成”这一基本原理的讲解，设计了如下的教学步骤：首先说明计算机系统是对人脑功能的模拟；然后分析人脑具有的感知、存储、分析、输出和协调能力，从而引出冯·诺依曼计算机与上述功能对应的5个主要功能部件：输入设备、存储器、运算器、输出设备和控制器；接下来，在后续章节的教学中，不仅分析各功能部件的组成方式，还注重介绍各部件之间的联系和相互影响，使学生能够牢牢抓住本课程的基本原理，不至于淹没在繁复的细节中。通过精心设计教学步骤，将计算机的组成与人脑自身的功能形成类比，学生觉得概念和原理都鲜活了起来，理解更加深入和持久。再如，在介绍寻址方式时，强调所谓“寻址就是根据指令中的地址码信息找到操作的对象的过程”这一基本原理，从操作数可能的存储位置出发分析各种寻址过程，突出寻址方式与数据通路设置的相互作用关系，从而引出计算机内部两种主要信息流之一——“数据流”的概念。

2.1.2模型计算机作为简明示例

模型计算机系统处于基本原理和真实计算机系统两个层次之间，具有基本的计算机系统功能而删减了性能、成本等，优化了技术细节，学生运用所学习的基本原理知识就可以完成模型机的设计和分析。通过设计实现一台简单的模型计算机系统，增加学生对所学知识的理解深度和应用能力。例如，在介绍寻址方式的概念后，通过拟定模型计算机指令系统、设计模型计算机数据通路的实践，学生对指令格式与寻址方式、寻址方式与数据通路设计之间作用关系的理解更加深刻，在印证理论知识的同时加深了对基本原理的理解。

2.1.3以真实计算机系统作为实例

以真实的计算机系统举例，不但可以运用课堂所学的基本原理，还可以贴近计算机硬件设计的技术发展前沿。在教学中，我们分别以精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）两种处理器架构的代表MIPS和Pentium为例，说明不同的计算机系统设计理念产生了不同的寄存器设置、内部数据通路设计、时序控制方式及中断等外设控制方式。例如，在寻址方式部分，通过x86系列计算机和MIPS计算机的机器指令集的具体示例，深刻揭示CISC架构和RISC架构计算机的区别，为后续的系统结构课程学习打下良好基础。一方面提高了学生的学习兴趣，另一方面弥补了教材与实际系统的缝隙，既注重基础又体现了时代特性。

2.2灵活运用多种教学方法

根据组成原理课程特点，我们采用了以下教学方法，取得了较好的教学效果。

2.2.1课堂教学多采用问题驱动

在讲授新的单元内容之前，先对上一个单元进行简单扼要的总结，然后利用“接下来的内容将要解决的是什么问题”或者“还有什么更先进的方法”等问题引起学生兴趣，导出新的教学单元。例如，在讲授补码加减法时，教师通过分析原码加减法操作过程中需要比较操作数绝对值大小，使学生认识到原码表示法不适合于加减运算，从而引入补码表示法和补码加减运算的内容；同理，在介绍乘除法器设计时，也通过设问方式，让学生自主选择适合的机器数表示形式及运算方法。通过提问，促使学生主动思考问题，进而比较自己的解决方法和已有方法的不同，发现好的思维方法，促进学生学习的主动性。

2.2.2突出理论知识的实际应用

在教学过程中，讲授计算机基本组成和工作原理的同时，注意使所学的理论知识用于指导实践操作，激发学生学习的积极性和主动性。例如，在讲授控制器内容时，教师在讲授完控制器的基本组成和工作原理后，可以通过一个只能执行几条指令的最简单模型机的示例来说明控制器设计的5个基本步骤：拟定指令系统、确定数据通路、安排时序、编写微操作时间表和微命令序列、控制逻辑实现。然后，让学生独立完成对该模型机的功能扩展，通过实践比较不同方式实现可扩展性的难易程度。

2.2.3合理设置课后习题

为方便学生课后复习，我们遵循验证所学、启发思考的选题思路，选取有代表性的习题编辑成《计算机组成原理知识要点及习题解析》。习题主要包含两部分：一是针对理论课教学中一些比较抽象的、容易混淆的基本概念和基本原理而设计的习题；二是针对基本理论的运用和应用而设计的习题。教师通过了解第一类习题的完成情况，可以及时发现教学中的问题，对于学生普遍掌握不好的内容可以采取适当的方法进行补充，以达到单元教学的目的；对第二类习题，教师组织学生讨论，进行集体学习，在各种解决方案的提出、论证、分析以及评估过程中，通过解决已有问题并提出新的问题的学习活动，使学生们的独立思考能力得到很大的锻炼和提高。

2.3充分利用多种教学手段

组成原理课程中介绍的很多工作过程都发生在芯片内部，内容很抽象。本文利用计算机动画演示各部件连接关系、数据流、控制流以及工作时序等内容，不仅能把高度抽象的知识直观地显示出来，而且借助于声音、图像的多重作用帮助学生加深理解。例如，通过动画演示指令执行的全过程，包括取指、分析译码及在微命令控制下各部件执行指令流程等内容，使学生迅速地了解CPU的整个工作过程并且课下还可以反复观看，提高了知识传授效率。此外，还建设了组成原理课程网站，把讲课的视频、相关资料和自测系统放到教学网站上，方便学生课后学习和进行自我评价。另外，提供一些相关的硬件知识网站和论坛的链接，鼓励学生通过网络自主学习，扩大知识面。

2.4加强实践教学环节

“计算机组成原理”属于工程 性、技术性和实践性都很强的课程，因此在开展理论教学的同时，也要非常重视实践教学环节。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院的组成原理教学团队一直致力于计算机硬件系列课程教学内容的研究，并在原有讲义的基础上编写了系列实验教材。

2.4.1实验课程设置

实验教学内容可分为3个层次：基础验证型实验、设计应用型实验和综合设计型实验。3类实验难度依次递增，分别在组成原理实验箱和FPGA开发板上进行（见图2）。

1）基础验证型实验。

该类实验利用计算机组成原理教学实验箱完成，包括运算器实验、存储器实验、总线传输实验和微程序控制器实验，实验目的是让学生掌握实验系统单元模块的内部结构及相关集成电路芯片的基本逻辑，理解单元模块的工作原理及该模块在整机系统中的作用。通过基础验证型实验，学生加深了对理论课教学内容的理解。

2）设计应用型实验。

该类实验要求学生利用硬件描述语言VHDL进行功能部件的逻辑设计，在计算机上功能仿真通过后，再下载到可编程逻辑器件中进行物理测试。例如，在基于FPGA的运算器设计实验中，学生设计并实现一个16位运算器，实现基本的算术和逻辑运算，完成后下载到FPGA开发板上测试。学生对于这类实验课的积极l生很高，提出了一些独特的设计方案。

3）综合设计型实验。

在前面已完成的各功能部件逻辑设计的基础上，要求学生设计一个16位RISC架构的模型计算机，并在FPGA开发板上实现。该类实验帮助学生掌握微程序控制计算机的设计方法，加深了解微程序的特点，理解指令流和数据流的流动过程，建立起整机概念。微程序设计技术是计算机组成原理理论教学中的一个难点，核心内容是理解在微程序的控制下处理器如何完成基本数据的通路操作。内容涉及时序安排、微指令编码方式、微程序设计等许多概念，学生感觉难以理解。综合设计实验使学生从微观角度分析微程序执行的整个过程，并通过亲手解剖一个小小的“麻雀”来了解微程序控制单元的设计方法。

2.4.2实验教材

课程组教师在实验课程讲义的基础上，整理编写了《基于FPGA的硬件系统设计实验与实践教程》，该书已由清华大学出版社出版发行。该书基于可编程逻辑器件开发平台，配合“数字逻辑”、“计算机组成原理”和“计算机系统结构”等课程的实验内容，通过浮点运算电路、有限状态机、RISC模型机设计等实验用例的训练，使学生了解数据在计算机中的表示、传输、处理，以及控制信息是如何完成对计算机系统进行控制的，建立起计算机系统的整机概念。采用FPGA芯片实现硬件设计实验，具有开发速度快、方便、可靠等优点，并且基于SRAM工艺的FPGA芯片可以反复编程，几乎没有器件损耗，大大降低了实验室的维护成本。另一方面，基于FPGA的计算系统设计已经在无线通信、工业控制等诸多领域得到实际应用。在计算机专业硬件课程的实验教学环节中引入相关内容，对于提高学生实际动手能力和就业竞争力都有非常大的帮助。

3 结语