计算机组成原理实验课程教学新方法的探讨.doc

计算机组成原理实验课程教学新方法的探讨 摘要：本文以培养创新与设计型人才为目标，介绍我院“计算机组成原理实验”课程教学改革的具体措施及实施后的效果。br　　关键词br本文来自：计算机毕业网 ：计算机组成原理实验;CPU; EDA; 教学改革br　　　　　　br　　1 引言br　　br　　“计算机组成原理实验”是一门重要的专业基础实验课。该课程的目的是让学生通过实践环节，设计、实验、调试出一台简单的教学型模型机（CPU），从而掌握计算机组成原理部件的工作原理，建立整机概念。学生通过实验来学习理论知识，自主获取知识，有效地提高了分析问题和解决问题的能力。br　　在学院适应信息科学与技术人才培养实验体系思想的指导下，围绕创建科学创新与技术创新的基本环境，我们以培养具有创新与设计基本能力的高素质人才为目的和定位，经过六年的实践，摸索出一套新型的计算机组成原理实验课程教学方法与管理模式。下面详细叙述之。br　　br　　2 具体实施方案br　　br　　(1) 实验教学体系的改革br　　计算机专业的硬件基础实验课多年来一直采用传统的芯片搭电路的方法，此方法过于陈旧，限制了学生能动性的发挥。在实验教学中引入现代EDA技术是必然趋势。br　　在计算机组成原理实验中我们引入该技术，采用先进的虚拟设计及仿真软件工具，结合自主研发的DDA实验箱，可以设计、实现与验证计算机的五大功能部件，实现了指令的调度等先进技术的验证和性能分析实验。br　　(2) 实验教学平台的改革及教材建设br　　EDA技术的发展已从根本上改变了传统电子系统的设计与开发模式，我们必须适应这一趋势。其次，为进一步配合开放性、创新性实验教学，在院领导的大力支持下，先后研发了适用于高等学校实验教学的多种教学平台，并开发了相应的新实验项目。其中实验项目“CPU的设计与实现”能用多种设计方法实现，解决了硬件实验教学的难题，使这门实验课的教学达到国内先进水平。br　　属于国家级科研项目的新一代DDAIII型设计平台，2005年通过鉴定（以国防科技大学计算机学院陈火旺院士为主任委员的鉴定委员会），达到国际先进水平。实验软件工具紧跟国际步伐，引入了高级的虚拟设计与仿真软件工具QuartusⅡ，并加入了后期测试工具逻辑分析仪。目前我们正由“DDAⅠ型设计平台＋MaxplusⅡ” 改为“DDAⅢ型设计平台＋QuartusⅡ”。br　　我们还编写了配套实验教材，每年修改并增加新的实验项目，经过五年的实践教学，该教材已获得湖南大学出版社2006图书出版基金资助出版。br　　(3)实验教学内容的设计br　　实验内容根据学院实验计划大纲要求，结合工程实际来确实，充分考虑了可操作性与可行性。基于EDA技术实验环境下的CPU设计的灵活性很大，可根据需要设计不同结构的CPU。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计出CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，为满足教学需要，我们自己先设计出一个教学用的八位模型机。br　　根据这一模型机再设计出一套实验。包括：总线传输实验；八位运算器的组成及复合运算实验；存储器实验；数据通路实验；时序电路的组成、控制原理实验；微程序控制器实验；模型机组成与程序运行实验；由于本期实验课程为64学时，我们将每个模块划分为软件部分和硬件调试两部分。这些实验相互关联形成一个系统。另外还安排了部分选做实验项目（如下表中的15-23项），可用不同的方法设计与实现CPU，以供同学选择，满足不同层次学生的需要。具体实验项目如下（所用设备为：PC机、自制DDA实验箱、逻辑分析仪）：br　　br　　br　　(4)实验教学的组织、方法br　　培养学生实验能力和设计创新能力是我们实验教学的重要目标。为了贯彻这一指导思想，根据该实验课程的特点我们采用半开放的实验教学方式，课堂上教师只是启发性的讲解各模块的工作原理，其余部分全部由学生独立完成。每位学生独立实验并根据自己的实际能力除在规定的上课时间内完成必做的14个实验项目外，还有9个实验项目可选做，完成选做实验项目者可适当加分。实验室全天开放，学生除上课时间外可自由来实验室做实验。任课教师除上课时间外，每周还安排了多次答疑时间。br　　实验中的模块我们只给出框图，其具体内容要求学生自己用电路图或VHDL硬件描述语言完成。在编译调试过程中遇到困难尽量由学生根据理论所学内容自己解决，并记录在实验日志中，让教师充分了解每位学生的实验情况。另外每个模块还设置了障碍让学生修改，提高他们的实验兴趣。实验内容的安排遵循验证与设计相结合，注重基础，突出应用的原则。br　　实验严格按图1的流程运行，课上课下相结合，切实培养学生的实践能力。实验严格遵循课前预习