1、農業院校計算機組成原理實驗箱使用思考摘 要 分析組成實驗原理箱在使用中存在的普遍問 題，從學校實際出發，著重分析研究如何有效使用實驗箱并 進行實驗創新等問題，提出高效使用組成原理箱的一些經驗， 為提高實驗教學質量提供必要的借鑒。關鍵詞 計算機組成原理；實驗箱；實驗 中圖分類號： G642.4 文獻標識碼： B 文章編號： 1671-489X（ 2015） 18-0020-02 計算機組成與體系結構是計算機科學與技術專業的重 要專業基礎課，在計算機科學與技術專業課程體系設置中處 于核心地位。該課程具有理論性強、知識面廣、抽象不易理 解、內容繁多且難以掌握的特點， 是硬件及編程課程的基礎， 在課程

2、體系中起著承上啟下的重要作用。計算機組成與體系 結構實踐教學尤其強調形象、直觀以及可操作性，通過實踐 教學不但能夠加深學生對計算機系統各部分的工作原理、內 部相互聯系和作用的理解，而且培養了學生理論和實踐相結 合的能力。 因此，如何使用和開發出組成原理箱的各項功能， 對該課程的實踐教學具有重要意義。1 目前普通高校計算機組成與體系結構實驗原理箱在 使用中存在的問題重理論輕實踐計算機組成與體系結構課程因涉及知識 面廣，內容繁多，而采用理論教學為主、少量實踐教學為輔 的教學模式。以教師講授為主，學生圍繞教師的講課思路被 動地接受，這種教學模式不利于調動學生學習的積極性和主 動性。事實上，計算機組成

3、與體系結構是一門實踐性很強的 課程，如果不能充分結合實踐進行教學，將會使得學生對抽 象的理論知識缺乏深刻理解與掌握，不利于對學生進行理論 聯系實際能力的培養，并且這與培養實用、創新人才的理念 相違背。計算機組成原理實驗箱以驗證性實驗為主，操作簡單 在實踐教學中，學生側重通過操作硬件了解電子器件和電路 構成，對學生理解計算機的組成和工作原理有一定幫助。然 而目前大部分高校采用的計算機組成原理實驗箱是以驗證 性為主，操作簡單。由于組成原理硬件課程的特殊性，面對 底層的電路，很多學生不知如何下手，往往是實驗做完了， 結果也正確，可是信號具體在芯片內部是如何產生和傳遞的 過程卻并不清楚。這種以驗證性為

4、主的實踐教學，不利于學 生對課程內容深入地理解，不利于對創新型人才的培養。過度依賴仿真軟件，弱化了原理箱在實踐教學中的地位 和作用 目前，許多高校在實踐教學中用仿真軟件替代組成 原理箱，即：學生在計算機上進行模擬操作，只需要點擊相 應的按鍵，就能看到實驗的結果。這種完全脫離了硬件環境 的實踐教學模式導致課程學完后，學生只知其然，不知其所 以然，根本不知道具體的硬件芯片和電子電路的構成，更不 能深入地了解 CPU 的結構和具體的工作原理。理論指導有限，影響原理實驗箱的使用 該課程實踐教 學中的普遍情況是學生人手一套原理箱和實驗指導書，教師 進行簡單的講解后要求學生按照實驗指導書的要求進行操 作，

5、看到應該出現的結果就可以了。教師對實驗結果的原理 講解不充分，學生對實驗結果的原理不理解，不知道如何查 找故障，更談不上自己設計實驗了。這種教學方式限制了原 理箱功能的開發，起不到理論聯系實際、培養動手能力的作 用，更談不上創新能力的培養。2 北京農學院計算機組成原理實驗設備的應用情況 北京農學院組成原理箱情況簡介 北京農學院重視計算 機組成原理與體系結構課程的建設，尤其重視實踐教學建設。 學校組成原理實驗設備從最初的面包板上連接芯片發展到 使用集成度高、操作簡單、易于理解的組成原理箱，功能從 最初只做簡單的驗證性實驗發展到現在能開出具有研發、設 計性質的實驗。組成原理箱的使用把學生的精力從簡

6、單的接 線、檢查線路等低端的工作中轉移到原理箱的功能使用和開 發上來，使學生加深對本課程的理解和把握，為理論知識的 學習打下扎實的基礎，同時培養了一定的研發和創新能力。目前，北京農學院采用 COP-FLY-計算機組成原理實驗箱和與之配套的C乙FLY通訊演示系統。該系統采用軟硬結合 的形式，即硬件原理箱 +軟件通訊演示系統相結合的形式： 硬件實驗保證了學生能了解 CPU的具體組成，了解當前一些 流行的技術和芯片；配套的通訊軟件則提供了可視化的界面， 通過實時的信號采集和傳輸，直觀而形象地展示了信號和數 據在CPU內部的流動情況，有助于學生更好地理解原理。在實驗過程中，軟件和硬件相結合，學生在軟件

7、中選擇實驗內 容，軟件會顯示出該實驗所涉及的硬件的原理框圖。按照實 驗指導書的步驟操作硬件，軟件會實時采集到數據和信號， 并用不同的顏色在原理框圖上顯示出來，這樣學生既了解了 硬件的組成，又更加直觀地理解了 CPU運行的過程，大大提 高學習興趣和實驗水平。認真研究原理箱的功能，參與編寫實驗指導書 實驗師 認真研究實驗箱的各項功能，提前在每一臺原理箱上做出全 部的實驗，對設備進行調試，找出故障的原因和處理方法。 同時在系統研究實驗原理箱的基礎上和任課教師一起開發 新的實驗項目，參與編寫組成原理實驗指導書。創新實踐教學方法，充分發揮原理箱的作用，創新實踐 教學的新模式 采取任課教師指導為主、實驗教

8、師指導為輔 共同指導實踐教學，充分開發原理箱的功能。任課教師注重 實驗原理的講解和對學生的啟發式引導，負責實踐教學的全 過程；實驗教師要參與實踐教學全過程，也就是前期對實驗原理箱設備進行研究和調試，參加新的實驗項目的開發和實 驗教材編寫，在實驗過程中負責指導和解決學生出現的問題， 課后負責設備的維護和故障檢修等工作。這樣把任課教師從 繁瑣的事務性工作中解放出來，使他們把更多的精力用于對 學生的啟發和引導等重要的環節中來。這種“任課教師+實驗師”共同指導實驗教學的模式能夠提高原理箱的應用水平， 有力地促進實踐教學的順利進行。配合 3+1培養方案的教學內容安排 在 16學時的計算機 組成與體系結構

9、課程實驗教學之后，開設 30 學時的小學期 課程設計強化實踐訓練。在實踐教學的內容上強調整體觀念， 實驗師配合教師根據學生的實際情況，用計算機組成原理實 驗箱預留出來的開發功能，指導學生設計一些有一定實用性 的實習項目，增強學生的開發興趣。這樣不但培養了學生的 學習和動手能力，而且培養了學生獨立思考、解決問題的能 力，實現了“ 3+1”培養方案教學的目標。學生反饋說： “用 組成原理箱進行開發設計比直接做實驗困難許多，通過自己 的設計實踐對計算機原理有了更深入的理解，收獲特別大。3 一些經驗北京農學院目前采用 COP-FLY-計算機組成原理箱和與 之配套的CZ-FLY通訊演示系統。筆者在與任課

10、教師配合指導 學生實驗的過程中，通過不斷摸索，總結出一些原理箱使用 上有益的經驗做法。掌握相應的理論是做好實驗的基礎 本計算機組成原理箱采用微程序和組合邏輯控制器方案，要求學生必須很好地 掌握程序控制器的結構與工作原理，掌握組合邏輯控制器的 基礎原理，并且在此基礎上理解熟悉模型計算機指令系統， 記住 ALU 控制信號的功能和意義，看得懂程序，提前預計出 每一步應該出現的結果，進行有的放矢的學習與實踐，通過 實驗使得所學知識得到升華。在實驗中會結合實驗內容簡單 復習重點的理論知識，使學生明確每一個實驗的目的與意義， 杜絕囫圇吞棗、不知所以然地盲目實驗。在實驗中培養學生細心認真的作風 計算機是由許

11、多的 集成電路模塊組成的， 其設計、 生產、使用都要求認真仔細， 來不得半點馬虎，通過實驗來培養計算機專業學生的細致認 真作風。不同的實驗對應不同的開關狀態，粗心的學生往往 在搭建好實驗線路后沒有注意設置開關的狀態，導致實驗結 果錯誤。實驗教師在指導學生實驗時，會提示讓學生自己通 過仔細檢查、發現問題并進行改正，從而加強一絲不茍作風 的養成。配置原理箱與PC機之間的端口 連接PC執行演示系統 時，要提示學生提前配制好 USB端口，一般系統默認為 C0M1, 但是根據實際情況端口會有所不同，需要重新配置，否則會 導致計算機與原理箱連接失敗。計算機組成原理箱簡單故障處理的方法 計算機組成原 理箱大

12、多數故障為顯示燈不能正常顯示，影響了實驗過程的 直觀展示及實驗結果的正確輸出，影響了實驗的質量，必須 及時進行分析處理。這就要求對實驗箱有一個完整細致的掌 握，檢查發現有的是芯片燒制程序過程中出錯，只有對各部 分的硬件組成及軟件程序都了如指掌，才能夠正確找出故障 的原因， 有針對性地進行解決， 為實驗的正常開出提供保障。按照實驗的模塊化結構判斷顯示燈的位置 本計算機組 成原理箱的地址、數據和控制信號分別采用紅、綠、黃三種 顏色的 LED 燈進行顯示。由于實驗箱功能模塊多、面積小， 顯示燈擺放得相對集中且沒有標識，使得學生在實驗中不能 順利及時地找到各個功能模塊的顯示。這時就指導學生根據 實驗的類型按照模塊化的結構和功能區進行判斷，很快找出 相應的信號燈進行觀察。4 結束語 本文結合實際教學的基本情況，針對組成原理箱的使用 中存在的問題進行研究，在開發的設計上注重綜合性、趣味 性和應用性，大大地調動了學生的學習積極性，使學生的動 手能力和分析問題、解決問題的能力得到很大的提高，創新 思維、創新能力得到一定的培養。參考文獻1 肖敏 .淺析計算機組成原理綜合設計性實驗的教學實踐J教育教學論壇，2014 ( 22): 216-218.2 徐愛萍，張玉萍，涂國慶 .計算機組成原理課程整機實習教學改革與