“计算机组成与结构”课程教学方法探讨

2012-03-30鲍培明

电气电子教学学报 2012年1期

鲍培明

(南京师范大学计算机学院，江苏南京10097)

“计算机组成与结构”是计算机学科的核心专业基础课［1，2]，在计算机专业各门课程学习中具有承上启下的地位，也是计算机软硬件课程的连接桥梁。向下连接数字逻辑电路设计等课程，向上连接汇编语言和编译系统和操作系统等软件课程［3]。它是一门知识面广，教学内容多，学习难度大，更新快的课程。院从我实际情况出发，采用层次式教学模式，对学生进行分层次教学，对提高教学质量起到了很好的效果。

我校学生水平参差不齐，教学模式必须有自己的特色，让学生都人尽其才。

基于学生的知识接受能力和未来的就业去向，我们研究了一套“计算机组成与结构”课程的层次式教学模式，让层次式理念贯穿于课程教学的全过程。

“计算机组成与结构”课程的教学过程包括课堂讲授、作业和实验。课堂讲授以分析和讲解计算机各个功能部件的组成及运行原理为主，培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。我们把这每一个教学环节都分成了三个层次，可以把这三个层次用形象的词描述为必做题、选做题和提高题。

必做题要求每个学生都必须掌握，或必须完成的部分。选做题要求学生尽其所能去理解，或去完成的部分。提高题超出了课程教学要求的内容，专门针对优秀学生给与的一种能力培养。下面从3个教学的环节依次叙述这三个层次。

1 层次式教学模式

1.1 课堂教学环节

上课时通过一些实例示范，学生很快就能了解整数和浮点数在机器中是怎么表示的，CPU是怎么在高速缓存中访问到数据的，CPU是如何执行某条给定的指令的等。对于单CPU的计算机，它的主要部件的功能特性、逻辑结构和功能部件之间的相互连接关系等是属于必做题内容，在实例基础上必须掌握它们是如何工作来完成相应功能的。

对问题的分析、设计能力相对认知能力要求更高一层次。在模运算系统中两数的同余关系，引出了数的补码概念，以及补码的一些性质;涉及Cache、主存和磁盘的一次CPU访存操作;这些部分就属于选做题内容，要求学生理解，但在考试中少量涉及。

本课程中的补码乘法运算的数学推导和流水线的冒险处理，我们依旧是采用上课讲解的，对学生以讲座的标准要求，讲解速度也相对快些。提高题内容主要针对优秀学生。

1.2 作业环节

为了让优秀学生更多地了解最新技术，融汇计算机学科的其它课程，可以布置一些课外题目，让他们通过阅读参考书、网上搜索和编程实践等环节来完成，完成之后写一篇课外报告。这个层次的教学安排，通过一些实例程序，让学生分析高级语言的数据类型在机器中的实际表示和存储，进一步引导学生思考如何合理使用高级语言数据类型。通过一些实例程序的执行速度，分析计算机中高速缓存的影响，进一步引导学生思考如何让程序有更好的空间局部性和时间局部性。改进程序效率的方法不仅是算法的效率，程序代码一样是重要的。通过查找资料了解DDR3和CPU多核等新技术。课外报告属于提高题部分。

1.3 实验环节

实验方法有验证型和设计型。我们采用EDA和PLD技术开设实验课后，实验从验证型为主的实验模式转向为设计型和综合型实验。少量对设计类问题有困难的学生可以直接给一个实验样例，让他们读懂实验样例后，模仿着自己做一遍，相当于验证型实验。多数学生在读懂一个简单的实验样例后，在给定的10条指令集上完成CPU设计，对10条指令的执行过程提供一些分析和指导。对优秀的学生可在10条指令集基础上增加更多的指令，对这些增加的指令他们需要自己去分析指令的执行过程，独自完成CPU设计。

2 考核方法

考核要兼顾多方面因素。考核成绩由3块构成:实验、期中考试、期末考试。

1)实验操作占10分。完成验证型实验就可以得7分，相当于“中”的要求。根据学生在设计型、提高型实验中所完成的情况，可以适当地加1～3分。在期中和期末试卷(卷面100分)中各有10分的实验分析题，出题的要求是将实验与书本知识结合起来，既考查学生对实验的理解程度，也考查学生对书本知识灵活应用的能力。期中和期末考试各占20分和70分，因此，实际的实验分值达到19分。

2)期中和期末考试都是笔试。考试注重的是学生对基本知识的掌握。试卷以必做题难度为基本要求，适当地增加些选做题内容，用于增加区分度。对提高题内容不做要求。