计算机组成原理实验教学改革

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1、第17期计算机教育302010年9月10日ComputerEducationNo.17Sep.10,2010文章编号：1672-5913(2010)17-0030-04中图分类号：G642文献标识码：A计算机组成原理实验教学改革马汉达，赵蕙(江苏大学计算机科学与通信工程学院，江苏镇江212013)摘要：从高校计算机组成原理实验教学的实际出发，在分析目前计算机组成原理两种实验方式特点的基础上，阐述基于FPGA实验方式可以激发学生实验兴趣和创新能力的观点，结合江苏大学计算机科学与通信工程学院计算机组成原理课程6年来的实验教学情况，论述在实验方式、

2、实验内容的设置、实验教材的编写、实验教学方法等方面进行的一系列改革。关键词：计算机组成原理；实验教学改革；三段式实验教学法；层次教学法计算机组成原理是计算机类各专业的核心基础的限制。2004年结合教育部教学水平评估的要求，课，在整个课程体系中占有重要的地位。该课程具有我们增加了设计性、综合性实验的比例，课程组对实涉及面广、抽象性强和学习难度大的特点，而实验教验进行了全新设计，实验方式由原来固定结构的实验学有助于对抽象理论的理解，因此，课程实验的设计，平台改为基于FPGA的实验方式，这种实验方式抛弃在整个课程的学习中具有举足轻重的作用。了传统硬

3、连线设计的局限，能保证实验内容的探索性和实验方法的多样性，巩固学生计算机组成原理课程1计算机组成原理的实验方式的理论学习，促进学生的感性认识，激发学生的实验目前高校计算机组成原理课程实验方式主要有兴趣和创新能力。[1]两种：一种是利用固定结构的实验平台，这些实验2实验内容的改革实践与优化平台将CPU的各个组成部件全部做好，学生只需按要求连线、拨动相应输入或控制开关来完成实验；另2.1实验项目的设置一种是应用EDA技术进行实验，利用软件生产商提供的软件先设计实验电路，然后将实验电路下载到实固定结构实验平台下的计算机组成原理的实验验FPGA以后，

4、利用实验仪的相应硬件资源直观地观项目主要是计算机部件实验和模型机实验，模型机作察实验结果来验证实验电路的设计。为课程设计的内容。部件实验主要有运算器、存储器、2004年以前，我们使用的是FD-CES-B-1型实验总线、时序等5个实验15个学时的验证性实验，在箱+实验单元板固定结构的实验平台。该实验平台是FPGA实验方式上，实验项目的设置更加灵活，实验将计算机的各个组成部分使用单元板的形式做好，实电路可以与教材保持一致，实验类型全部改为设计验箱主要负责实验的输入输出。这种固定结构的实验性，开发软件XILINXISE，硬件描述语言选用VHDL，平

5、台可帮助学生深刻理解计算机主要部件的工作原要求学生使用VHDL语言设计实验电路，然后下载理，提高学生动手能力；但其缺点是都是验证性实验，到实验仪进行验证设计代码。表1是固定结构实验平实验内容的扩展性不强，学生的设计难以突破实验箱台(左)与FPGA实验方式(右)实验项目设置对照表。作者简介：马汉达(1966-)，男，高级工程师，硕士，研究方向为计算机应用研究、教学研究与高校实验室管理研究；赵蕙(1979-)，女，实验师，硕士，研究方向为计算机应用研究。第17期马汉达，等：计算机组成原理实验教学改革31表1实验项目设置对比固定结构实验平台FPGA

6、实验方式实验项目实验类型/学时实验项目实验类型/学时运算器(一)验证/3存储器和总线传输验证/2运算器(二)验证/3主存储器组织验证/2存储器验证/3运算器数据通路设计验证/3总线传输验证/3定点乘法运算器的组织和结构验证/2时序电路验证/3控制器时序部件的设计验证/2微程序控制实验验证/2中断排优电路设计验证/22.2改革实践中存在的问题除了个别学生感兴趣外，实验功能验证结束，很少有学生进行设计，虽然实验项目都变为设计性，但实际虽然从实验类型上由原来的验证型改为设计性，上大多数同学还是在做验证，实验教学改革的初衷并实验要求提高了，但实施时却

7、事与愿违。由于大二的没有实现，实验教学效果不尽如人意。于是，2006学生只学过C语言，没有硬件描述语言的编程训练，而且VHDL语言的结构与C语言有较大差距，不是年我们又对原有实验项目进行了微调，将原先的7个很直观，学生不易掌握，因此，要求学生使用VHDL实验改成8个，每个实验也不要求学生能写出所有的语言设计出所有实验电路的代码难度太大，大多数同原代码，在每个实验中教师先设计好框架，定义好输学在规定的时间内无法完成代码的设计，更不用说验入输出端口，让学生完成实验中一个主要部件的设证实验电路了。为了保证实验的基本要求，我们将试计。这样经过8个实验

8、，学生也基本上完成计算机组验步骤改为教师写好代码，生成位流文件，让学生先成原理中硬件电路的描述，加上学生的预习，难度大下载位流文件进行验证，再回过来进行代码设计，这