计算机硬件实践教学改进探索.doc

第页共NUMPAGES7页
计算机硬件实践教学改进探索

打开文本图片集
【摘要】：^p：随着对计算机硬件专业要求的不断提高，软硬件协同设计和开发已经是发展的大势所趋，因此要求计算机硬件教育从传统的分离式、理论式，向系统性、实践性的教学方向发展。文章分别从教学课程、综合实验和教学方法方面提出硬件教学的改进方案，以西安邮电大学为例，阐述根据计算机硬件发展方向和对人才培养的要求，对于传统的硬件实践教学进行探索创新的过程。
【关键词】：^p：计算机硬件、实践教学、软硬件协同设计
1.背景
传统的计算机硬件教学主要的体系结构如图1所示。其中，“微机原理与接口技术”课程是以intel8086为背景机，通过编写汇编语言程序和在实验箱上连接硬件电路，来让学生深刻理解计算机的工作方式。“计算机组成原理”课程是从设计者角度出发，使学生掌握一般意义上的计算机硬件系统各功能部件的组成、工作原理和实现方法，尤其是涉及微处理器的组成及工作原理、总线连接等硬件知识，培养学生对硬件系统的分析^p、开发和使用能力。“计算机系统结构”课程从软硬件两方面出发，讲述计算机系统的设计方法及其达到的功能性能指标。
在实际教学过程中，随着intel8086应用的不断减弱，计算机硬件教学与实际应用脱节等况，导致课堂上老师越讲越费劲，学生越听越没兴趣，考试内容越来越简单。针对这种情况，采取了一系列针对性的改进措施。
2.硬件教学的改进方案
计算机硬件与计算机学科其他部分是一个有机整体，为了方便教学需要划设各门课程，例如汇编语言、硬件电路设计、c语言、编译原理、数据结构、操作系统、计算机网络等课程。在实践教学中，通过课内实验，学生完成本课程知识的理解和消化；通过一些专项课程设计，学生完成对专业知识的掌握和提高；通过一些综合设计，学生完成对整个计算机专业系统技能的掌握和提高。因此，计算机硬件教学主要通过对教学课程、综合实验、教学方法3个方面进行改进。
首先，在教学课程上进行改进。将“微型计算机原理”“汇编语言程序设计”“微机接口技术”等相关课程整合为一门“微机原理与接口技术”，统一教学大纲和课内实验要求。另外，将基于ARM的嵌入式开发和基于单片机的开发设为选修课。原有的“计算机组成原理”实验主要以验证性实验为主，学生可以自主设计的部分很有限。而“计算机系统结构”实验更是以软件仿真为主，学生缺乏感性认识。为此，专门开设了“VerilogHDL语言程序设计班和“基于FPGA的开发设计”课程。通过硬件描述语言VerilogHDL程序设计，可以由硬件逻辑电路设计逐步达到向芯片设计的转变。通过引入FPGA开发板，来实现硬件电路设计到实际应用的转变。
其次，在综合实验上进行改进。在“硬件课程设计”中，将原来的硬件布线在实验箱上接线完成，改为由学生自行设计接口电路板，并完成程序运行。另外，专门设立了“基本模型机课程设计”，让学生自行用VerilogHDL语言设计及其相关部件，完成基本汇编/机器指令运行。
最后，在教学方法上进行改进。通过组织竞赛调动学生学习的积极性，包括已经举办了6届的“西安邮电大学汇编语言程序设计竞赛”。通过组织“计算机硬件协会”，让一部分学生进入到科研项目中来，通过教师的管理和引导，来完成一些综合性的实验课题。
3.硬件教学改进的实现
3.1在教学课程上的改进
规范全校的“微机原理与接口技术”课程教学大纲，该课程以intel8086为背景机，编写汇编语言程序，设计接口电路，完成基本的微型计算机开发。相关的选修课程有“嵌入式系统与开发”和“单片机技术”。“嵌入式系统与开发”课程主要以ARM为背景机，编写c语言程序，在已有的开发板上进行嵌入式系统开发。
“计算机组成原理”是计算机学科各专业的专业基础课，是培养计算机相关专业学生实践动手能力和创新开发能力的核心课程。通过计算机组成原理课程的学习，使学生掌握一般意义上计算机硬件系统各功能部件的工作原理和设计方法，尤其是涉及微处理器的组成及工作原理、总线连接等硬件知识。已有教学方式注重计算机科学理论，强调计算机体系设计思想和各部件的功能用途。这种教学模式的好处在于突出主干，使得学生可以把握整体，易于掌握计算机设计的核心思想。有别于传统教学侧重理论，实验也主要是在实验箱上的验证性实验，传统教学方法对于考研学生很有帮助，但对于更多毕业找工作的学生就很难引起兴趣。
首先，在确保理论课不放松、不降低教学质量要求的前提下，与后续的“计算机系统结构”课程进行很好的衔接。选用了白中英教授编著的国家级教材《计算机组成原理））o同时根据全国计算机专业考研统考大纲，将蒋本珊教授编著的《计算机组成原理》、唐朔飞教授编著的《计算机组成原理》、王闵教授编著的《计算机组成原理》和王爱英教授编著的《计算机组成与结构》作为参考教材。
其次，加强实验环节，与现