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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称: 计算机组成原理 一级学科:  08 工学
二级学科: 0806 电气信息类 教学层次:  本科
负责教师: 马 永 强 学校名称:  西南交通大学
院系名称:   申报状态:  已获奖
申报级别: 省级 申报文件下载:  无下载文件
获奖名称: 获奖年度:  2006
主页地址: http://jpkc.swjtu.edu.cn/C95/kcms-2.htm 是否交换: 
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课程介绍:

课程发展历史沿革
理论课和理论实践课教学内容

一、课程在本专业的定位与课程目标
?? 本课程是我校计算机科学与技术、网络工程、自动化及软件工程专业的主干课程,属专业基础课。该课程在硬件系列的课程及其它相关课程中是承上启下的课程,也是打好硬件基础的关键课程。课程的教学内容是讲解计算机单机系统的基本组成原理和结构、各部件内部的运行机制以及相关的基本理论。
课程的教学总目标是为学生建立起计算机整机的概念,提高学生硬件方面的专业素质和以学习能力为代表的发展潜力,为后续相关课程的学习及今后的科研工作奠定基础。
具体到不同专业的学生,本课程在培养目标的细节上略有不同。对计算机科学与技术等宽口径培养的专业,在教学中比较注重硬件分析、设计基本技能和方法的培养,为进一步培养软硬件综合开发和应用能力作准备;而对软件工程等偏软的专业,在教学中则较注重说明软硬件原理的相通性、软硬件逻辑等价性的内涵以及软硬件之间的关系,使学生领悟到硬件知识对软件设计的重要作用。

二、知识模块顺序及对应的学
??? 1.理论教学
????? ????知识模块顺序 ??????A类课学时数????? B类课学时数
??????? 概论?????????????????????? 2???????????????? 2
??????? 数据的机器层表示?????????? 8???????????????? 7
??????? 指令系统?????????????????? 6???????????????? 6
??????? 数值的机器运算??????????? 14??????????????? 12
??????? 存储系统的结构??????????? 12???????????????? 8
??????? 中央处理器??????????????? 10???????????????? 7
??????? 输入输出系统????????????? 12???????????????? 6
????????? 总学时数:??????????? 64??????????????? 48
?
??? 2.实践教学
????? ????知识模块顺序???? ????课内学时数???? 课外学时数???
??????? 运算器设计与实验??????? ???1?????????? ??????2
??????? CPU寄存器组设计与实验? ????1???????????????? 2
??????? 指令系统设计?????????????? 2???????????????? 2
??????? 微程序设计???????????????? 2???????????????? 4
??????? 控制器设计与实验?????????? 4???????????????? 6
??????? 存储器及总线接口设计与实验 2???????????????? 2
??????? 整机设计与实验???????????? 4???????????????? 6
????????? 总学时数:????????? 课内16??????????? 课外24


三、课程的重点、难点及解决办法
??? 1. 课程的重点
??? (1)数据的机器表示和机器数的运算
??? (2)指令结构和寻址方式
??? (3)存储体系结构、主存与CPU的连接
??? (4)程序控制原理及各大部件之间的联系
??? (5)I/O设备的信息传送控制
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??? 2.课程难点
??? (1)计算机各大部件之间的联系,以及计算机整体的概念
??? (2)各部件内部在工作时的时间和空间的关系及其动态过程
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??? 3.解决办法
??? (1)重点内容重点讲解和训练
??? 在课堂上重点内容重点讲解,在课后要求按时完成作业,并做相应的练习自测题。
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??? (2)“一条主线,整体配合”的教学加强部件之间的联系
??? 以一条计算机指令执行过程中为主线,以先“整体”后“细节”最后再回到“整体”的顺序教学,层层深入细化,最后在控制器的学习中建立起计算机整机的概念。
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??? (3)动画教学直观地展现部件内部工作的动态过程
??? 用生动形象的动画,把部件内部的工作原理从时间和空间上直观地展现给学生。


四、实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)

??? 1. 实验教学设计思想
??? (1)以课程设计为先导,在课程设计的基础上进行实验,使学生能够完全懂得计算机部件的工作原理、设计方法
??? (2)以设计型实验为主,从最基本的部件电路设计入手,运用EDA设计方法和设计平台,完成部件设计、仿真、功能测试和实验运行
??? (3)采用小组合作方式,进行整机设计和实验,培养学生协同工作能力
??? (4)培养学生掌握IT行业现代设计方法和技术(EDA),提高就业竞争能力
??? (5)因材施教、分级教学,为了满足部分学生提高硬件设计与实验水平,熟练掌握EDA技术,本课程特设A、B两级修读目标。A级和B级的教学内容相同,但课程设计和实验的难度不同。
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?? 2. 实验教学效果
??? 学生们加深了计算机各部件的理解和整机的概念;
??? 学生基本掌握EDA设计方法和技术,能运用Verilog HDL语言和EDA设计软件设计5000门规模的数字系统。

1.理论教学的历史沿革
(1)教学内容和教学体系的变革
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结合具体的模拟电子计算机进行教学
结合具体的PDP-11小型机
进行教学
以通用模型机为主,适当结合具体机型
改用以主流微机为背景的模型机,并注重与硬件系列其它课程的衔接
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上世纪60年代初
19781983
19842000
2001—现在

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??? 上世纪60年代初,我校信息学科倡导者和带头人曹建猷教授亲自执教本课程,以模拟电子计算机原理为主要教学内容。
??? 1978年,我校恢复计算机专业招生后,本课程先后采用以PDP-11典型小型机和通用模型机为背景的教学体系,并随着时代的发展不断更新教学内容。
??? 2001年后,强调了本课程与硬件系列其它课程的衔接,把教学模型机改为以主流微机为背景的结构,少部分章节引入双语教学。
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?? 2)教学手段更新
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??? 本课程1999年引入了多媒体电化教学,2004年建设了本课程的学习网站,2006年在课程网站中丰富了经过精选的网上练习自测题,并增加了“学习指导”和“教学指导”栏目,其中“教学指导”栏目是为与其他院校任课教师交流教学经验所建。
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?? 3)教学理念的拓宽和教学目标的多元化
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??? 2005年以后,针对目前人才需求多元化的形势和不同专业的培养目标,制定不同的课程目标。对以计算机科学与技术专业为代表的学生,注重硬件分析、设计基本技能和方法的培养,为进一步培养软硬件综合开发和应用能力作准备;而对软件工程等偏软的专业,较注重说明软硬件原理的相通性、软硬件逻辑等价性的内涵以及软硬件之间的关系,使学生领悟到硬件知识对软件设计的重要作用。
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?? 2.实践教学(实验)的沿革创新
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??? 上世纪60年代初,在我校信息学科倡导者和带头人曹建猷教授指导下,学生们分工合作,共同设计并用晶体管等分立元件成功组装出一台模拟电子计算机。
??? 1978-1983年,以DJS-183计算机(仿PDP-11机)手拨解题及分析电路蓝图为主。
??? 1984—1990年,实验采用“CES-I计算机系统组成原理实验仪”,自行改编(胶印)《计算机原理实验指示书》为教材,实验内容主要有时序电路、运算部件和内存部件的功能验证,对模型机指令系统设计,并用PLA阵列构造控制器的微操作形成部件,验证指令功能。
??? 1997—2003年,利用EDA设计软件在计算机的软件实验平台上进行功能部件(运算器、CPU寄存器组、总线接口)的设计和仿真,编写出版《计算机设计与实验》(西南交通大学出版社)。
2003年,在分析国内计算机组成硬件实验产品共同特点及各自优势的基础上,开始规划研制子母板结构的通用型硬件实验装置。几年来,在跟踪最新EDA设计技术的同时,对实验装置关键部件作了多次的设计方案改进和试制比较。2004年,利用精品课程建设经费购置少量的EDA实验套件作为过渡的硬件实验平台。从此,实验平台从以软件平台的仿真为主,逐步向以硬件平台为主、软件仿真为辅的方向转变。
??? 2005年,实验课开始按A、B两级修读目标分级教学,因材施教。
??? 2006年4月,自行研制的实验装置完成了10套样机的制作并投入试用。此装置具有可操作性强、设计空间大和便于开放型实验用等特点,学生还可在上面自主地进行难度较大的创新设计实验,也可进行其它硬件课程的实验。目前,该装置正着手产品化和成果推广工作。
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??? 3.教学管理
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??? 自2001年开始,课程的建设采取本科专业教授负责制。本科专业教授负责课程建设规划、教学计划和大纲修订、组织本课程的教学研讨、师资培养和对外交流。由长期从事本课程教学的两名教授分工协作,分头负责理论教学和实践教学的改革。我们还建立了一整套较为完整的教学管理规章制度,包括任课教师听课、定期交流和教学检查等制度。

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