计算机的组成和工作原理范文

导语：如何才能写好一篇计算机的组成和工作原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：计算机组成原理；教学手段；主存

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）16-3767-03

1 概述

发展计算机的技术，硬件设计的人才培养不可或缺。若要设计某个部件，首先得了解该部件存在的目的，然后掌握该部件的工作原理，才能设计出来，或改进得更好。学生想要掌握这些知识，需要学习多门课程，计算机组成原理就是其中典型的一门。计算机组成原理需要给学生讲述计算机的各种主要组成部件以及它们的工作原理。为计算机类专业的后继课程学习打下基础，也是学生以后从事计算机设计的必修知识。

计算机从诞生到现在，经过了几十年，根据不同的需要，产生的部件和理论都是多种多样。而且计算机仍然在迅速发展中。这些导致了计算机组成原理课程的内容繁多。而且由于计算机的设计更倾向于系统工程，课程的理论讲解若不结合实践设计，将使学生理解肤浅，很难应用于实际。这些情况都给授课教师提出更高的要求。教师如何能够通过课程教学，把原理讲清楚，包括整体系统开发的概念，是一个值得探讨的问题。

现在大多数计算机组成原理课程教学采用冯·诺依曼计算机结构的部件划分方式[1]。不可否认，运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件仍然覆盖了现在大多数的计算机部件。从模块来看，如果能够掌握各个模块的工作原理及其相互作用关系，对课程掌握是达到目的的。但是对刚开始了解计算机内部的学生来说，在听讲各个模块孤立的内部工作原理时，将会觉得枯燥、不知所措，“学这些内容有什么用”会一直萦绕心中。

对五大部件的介绍，需要不断地提及系统性，关注各部件之间的关系。这种讲述方式可以以某个部件为中心或主线。冯·诺依曼计算机结构是受限于当时计算机发展的情况，以运算器为中心。现代的计算机已转化为以存储器为中心[2]。从没有存储器的第一台计算机ENIAC到现在的以存储器为中心的体系结构的计算机，得益于存储器的不断发展。而现在的学生，如果以后想设计出更加先进的计算机，从存储器的理解开始，不失为一种可行途径。唐朔飞老师著的教材[2]就把存储器放在了中心的位置，但是从内容分布来看，仍然是介绍完一个部件，再介绍另一个，而很少显式地体现出它们之间的关系，需要教师在介绍的时候讲述、强调。

本文提出一种以数据为主线的计算机组成原理课程讲述方法，以供大家探讨。该方法主要以主存的工作原理、读写操作、数据解析等数据操作为主线，以数据为中心的软件模拟为辅助手段，模拟硬件设计流程，从而让学生由熟知的硬件单元开始，不断逐步扩展，了解新的内容，直至掌握计算机的各个主要组成部件的工作原理。

2 教学模式改革

在一个学期的一门课的课时里，需要讲述计算机许多部件的组成、工作原理。由于时间的限制，不可能引入太多新颖的、时髦的具体器件介绍来吸引学生[3]，因此还是应该由浅入深，讲清楚各个部件的基本工作原理，并留下问题，抛砖引玉。让学生有了一定基础后，可以对自己感兴趣的内容继续探索和研究。

基本工作原理是基础，是学习与理解计算机组成与运行机制的核心知识，其特点是稳定性（不随时间变迁而改变）和通用性（不随具体机型而变化），是学生一定要掌握的重要部分[4]。现在计算机的基本功能就是保存数据、处理数据和表现数据。这些功能都要依赖于数据。而学生在学习计算机组成原理时，一般已经掌握至少1门程序语言，对数据已经有一定的了解。如果从数据入手，将可使学生由熟悉的内容开始学习，更容易接受。

另外，现在在很多学校里，由于经费等原因，计算机组成原理教学缺乏一个能让教师和学生运用工程实践理念进行设计和实现计算机系统的实验平台[4]。从产业界来看，由于硬件设计的成本昂贵，很多硬件设计的前期都是要经过软件模拟的验证的，所以软件模拟也是让学生逐步熟悉设计的过程。硬件成本比较高，但简单软件模拟应该是可以做到的。

对于计算机组成原理这样系统性课程，软件模拟又不能一蹴而就，所以需要形成一个可以把课程内容逐步加进去且方便软件模拟实现的教学方式。从软件模拟的角度，由数据入手，可以逐个讲解以下几个内容：数据的存储模拟、数据的读写、数据的数值解析、数据的指令解析等。

2.1 数据的存储模拟

2.2 主存数据读出、写入

图 3给出了两种主要的读数据方式，其中“（H）”代表十六进制数，“（B）”代表二进制数。地址分配方式可以选择大端或小端的方式。从该模拟中，学生可以了解的读数据必须提供地址，而所读得的数据就可以通过可视化的主存观察到。特别是当从同一地址读出多字节字数据时，采用不同地址分配方式，将组成不同的字。通过可视化的主存，让学生直接比对所读得的数据和主存中保存的数据，将能够让他们更能掌握这方面知识。另外，还可以加入多个层次的存储器，在读取过程中，人为地为各存储器构造一些不同长度延时，从而讲述存储器速度、容量和位价，还有高速缓冲器的作用等。

2.3 主存数据解析

主存数据除了能够被解析成数值，还能够被解析成机器指令。这同样需要从主存里读出数据并解析，但是就不像数值那样固定，因为它跟具体的指令系统有关。不同指令系统，对于相同的主存数据的解释可能是不一样的。而提供一个模拟，让学生自己设计指令系统，从而解析从主存里读出的数据，将可以使他们更能理解指令系统内容。类似指令系统，可以定义指令周期、流水线、微指令、控制形成等内容。

2.4 学生的自主模拟实现

学生在学习计算机组成原理的时候，应该已经学习过编程语言，已经可以根据一些逻辑要求编写和运行程序，并得到正确的结果。那么，教师可以给定《电子技术》、《数字逻辑》等在计算机组成原理模拟中会用到的基本模块，比如存储单元，然后鼓励学生主动实现各个知识点的模拟。产业界的硬件设计也是从软件模拟检验开始。当学生对模块进行模拟时，肯定是建立在掌握其工作原理的基础之上。当实现了模拟，对学生来说是完成了自己独有的设计，会产生成就感，不断推进学习。那么再让他们设计硬件模块，将能够更容易上手。

3 结 论

本文提出了一种以数据为主线的计算机组成原理教学方法。该方法提出把理论讲解和实践相结合，实践除了硬件实验外，还包括教师提供的模拟平台的实验，通过不同值的输入来了解工作原理，也可以让学生进行工作原理的自主模拟，加深理解。该方法从学生熟悉的数据开始，从存储、读写到解析，通过主存可视化，让学生在学习时更加直观、易懂。

参考文献：

[1] 岳珂娟. 冯·诺依曼体系结构在计算机组成原理教学中的重要性[J]. 计算机教育，2012（24）：99-101.

[2] 唐朔飞. 计算机组成原理[M]. 第2版. 北京： 高等教育出版社， 2008.

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1 引言

《计算机组成原理》是一门偏硬的学科，是计算机与科学技术专业的一门核心专业基础课[1]，主要学习计算机内部的各部件的组成结构、工作原理及相互间的联系。随着计算机技术及电子技术的飞速发展，计算机内部部件的高度集成化，复杂化，很多学生普遍感觉《计算机组成原理》这门课程难学、难懂，概念抽象、感性认识差等，如果用传统的教学方法很难达到教学的目标；同时这门课程还是很多院校计算机专业研究生入学考试的考查科目，所以应该找到一种切合实际的教学模式，在达到本科教学目标的同时能够让学生们感觉研究生入学考试这门课程对于他们来说不是一种屏障。鉴于此，我们针对这门课程的特点，从教学内容、方法、手段及实践四个方面做了改革，并取得了较好的效果。

2 教学内容的改革

在教学内容上，主要遵循本科教学大纲来循序渐进该课程的讲授工作，同时要借鉴每年的考研大纲，找出其出入部分，重点内容要重点详尽地讲述，以典型例题来加深学生的理解，难点问题要找到切入点，让学生找到头绪，步步为盈，例如信息通路部分，可以先画一个单总线结构的计算机系统来讲解信息在各部件间的流动过程，然后再针对某一复杂具体机型的计算机来疏导它的信息通路，学生理解起来就会容易的多。对于考研与本科大纲的出入部分作为扩展内容讲解，主要针对有精力或是有考研目标的同学。例如输入输出部分的几种数据传输方式[2]，要深入到每种方式的具体实施过程，而不是局限于表面的了解。

3 教学方法的改革

在教学方法上，采用启发式教学和习题检测等相融合的方法，注重重点的突出、难点的突破。另外，留给学生实践作业，采用课堂鼓励等方式调动学生的兴趣及积极性。使学生能够理解单处理器计算机系统中各部件工作原理、组成结构及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法，最终能运用课堂所学理论知识对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算和分析，并能对一些基本部件进行简单设计。

4 教学手段的改革

教学手段上主要采用板书加多媒体及Proteus仿真软件并用的方式进行教学。板书尽量用言简意赅的词语来描述问题，让学生学起来达到简单易懂的效果。对于将计算机的比较抽象复杂些的内部结构可以采用多媒体课件及Proteus仿真软件将其工作原理和工作过程直观形象地演示出来。

5 实践教学环节的改革

实践教学环节主要由实验和课程设计两部分组成，因为实验学时有限，可以设计一定数量的实验项目、验证性实验，加深学生对各计算机部件的组成和工作原理的进一步理解； 在课程设计期间可以因材施教，让学生综合运用所学计算机组成原理知识，采用Proteus仿真软件，人为模拟各部件单元中的控制信号实现常用部件电路及之间的信息通路的设计，对于有能力且勇于创新的同学，可以利用EDA技术，自主设计一个组合逻辑控制器模型机，因为EDA技术很多学校计算机专业学生未开设此门课程，所以此实验需要学生有一定的EDA基础才能实现。通过实践教学环节，进一步加强学生理论知识与应用相结合的实践和锻炼，培养了学生分析问题、解决问题和设计的能力。

篇3

・掌握设计CPU的方法、步骤和具体的技能

・具备逻辑上设计计算机的能力

・熟悉现代微机所采用的新技术，了解下一代CPU发展的新动态

为体现深入浅出的教学方法，本文提出了对通用CPU进行分类的观点，以达到更好的教学效果。

关键词　教学改革设计CPU

1计算机组成原理课程的教学现状

计算机组成原理教学大纲都有以下或类似的描述：“计算机组成原理课程是计算机科学各专业的一门核心课程，本课程的任务是使学习者掌握计算机系统中硬件部分的组成原理，掌握计算机的基本工作原理、计算机各主要部件的硬件结构、相互联系和作用，从而对整个计算机系统从硬件角度有完整的了解，为本专业后继课程的学习打下基础。”

显然这样的教学大纲很难培养大学生的创新能力，更不能满足我国“十一五”规划关于提高自主创新能力的长期战略目标对人才的需求。毫无疑问，所有“211工程”高校应为国家培养出大批具备创新能力的合格人才。

2改革的思路和目标

现代电子数字计算机，包括专用电子数字计算机、通用电子数字计算机（简称计算机或电脑），都是基于冯・诺依曼机（Von Neumann）的理论设计并发展而成的。

冯・诺依曼机主要由以下五部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

现代通用计算机和冯・诺依曼机之间的最大区别是：冯・诺依曼机以“运算器为中心”，现代通用计算机以“存储器为中心”。

冯・诺依曼机的CPU仅包括运算器和控制器。随着集成电路平面制作工艺的出现，这两大部分往往集成在同一芯片上。因此，通常将它们合起来统称为中央处理器（Central Processing Unit），简称CPU。虽然经历了60年的发展，CPU的内部结构发生了很大的变化，但其实现的功能（指令控制、操作控制、时间控制和数据加工）是不变的。

计算机的核心是CPU，要想真正掌握计算机工作原理，首先要懂得CPU的工作原理。而要懂得CPU的工作原理最有效的途径就是掌握设计CPU的方法、步骤和具体的技能。同理，掌握计算机工作原理最有效的方法是学会在逻辑上设计计算机的技能。为了进一步结合实际和拓展同学们的视野，我们分析和讲述了当前市场上最先进的CPU及微机所采用的新技术，如CPU的字长、Cache 的大小和级数、最大和实际的寻址空间、拥有的流水线条数、超线程、工艺制程和核心电压、支持的最高频率和指令集、最新南北桥主要技术指标及前端总线（FSB）的速度和内存带宽等，拉近了与同学们的距离并激发了同学们的学习兴趣。根据这一思路，提出学习这门课程应达到如下目的：

・掌握设计CPU的方法、步骤和具体的技能；

・具备逻辑上设计计算机的能力；

・熟悉现代微机所采用的新技术，了解下一代CPU发展的新动态。

讲述设计CPU知识，首先要解决同学们的思想认识问题。不要一谈到CPU就只想到Pentium 4甚至双核CPU Pentium D。因为CPU有通用、专用、嵌入式系统等多种类型。对于已经发展了60年的通用CPU大致可分为如下几类：

① 冯・诺依曼型CPU

运算器、控制器

② 现代简单CPU

运算器、控制器、寄存器（专用和通用）

③ 现代较复杂CPU

运算器、控制器、寄存器（专用和通用寄存器堆）、Cache、流水线

④ 现代复杂CPU

运算器、控制器、寄存器堆、多级Cache、多条流水线

⑤ 双核（多核）CPU

我们要求掌握的是现代简单CPU设计方法、步骤和技能，而非高端产品Pentium 4的技术。在此基础上为日后开发出拥有自主知识产权的专用CPU（如专用于空调机、微波炉、洗衣机等）和嵌入式系统的CPU（用于手机或小汽车等机电一体化）奠定基础。据预测到2010年我国对这两类CPU的需求消耗量将达到6000亿元人民币。这样，同学们的视野就开阔了。更重要的是学习兴趣和自信心都大大提高了。这样一来，就自然会把同学们被动接受知识转变为主动的学习状态。从而激发了他们强大的学习动力，为能达到这样的学习目标，他们会认真搜集有关资料，会努力配合老师的讲课内容和进度做预习和复习。在充分调动了同学们的学习积极性后，为加强同学之间的合作精神，我们布置了一个基于RTL（寄存器描述语言）由两人一组完成的大作业――“设计一个现代简单CPU”（指令集根据需要而确定。分别用硬布线和微程序两种方法，并比较两者的优缺点）。

完成这个课题后，同学们马上就会想到如何提高CPU的速度和功能等问题，通用寄存器、新的数据表示、新的指令（保证向上兼容）、双总线、三总线、Cache、流水线……这正是他们今后能够深入并有能力解决的问题。

关于设计计算机，我们可以考虑给出一个完整的但不十分复杂的计算机主机板部分作为范例，至少必须包括有CPU、存贮器、I/O端口。这样同学们就更容易、更具体地掌握CPU和存贮器连接的三类线(数据线、地线线、控制线)；体会到存贮器组织的几种方法（存贮器的位扩展、字扩展、位字同时扩展）；由于有I/O端口，可分别考虑I/O统一编址和I/O独立编址的设计。通过上述两个综合应用的实例能很好地解决同学们普遍存在的“对于课本的内容拆开来都能理解，但合起来就不知所云了”这类致命的学习问题。

绝大多数同学在做完设计CPU课题后写出了感想，大家的感受都体现了努力后的那“一分耕耘，一分收获”的成就感和满足感，且这种感受是无法用语言表达的。同时又发现设计CPU不像原先想象中的那么“难以靠近”。2002级4班有一位同学这样写到：“由于以往对硬件方面的学多数只停留在理论，或者是去实验室作简单的实验，而并没有联系实际，去体会它们的工作原理。特别是像CPU这么核心的技术，光懂得原理的话，可能过一两年又会忘得差不多了。但是现在，不但可以更深刻地体会和学习CPU的工作原理，而且还掌握了一门实践性很强的技术，我想所有人过十年，二十年后还是不会忘记的。理论离开了实践，永远只是虚无的理论，犹如纸上谈兵。在目前普遍缺少实践指导的学习上，老师要求我们增强实践能力，是反映了同学的心里期望的。尽管这个学期任务非常重，但是大家没有半句怨言。所以，这说明了设计计算机，设计CPU是我们心里非常想学的东西。因此，我强烈希望这样的措施可继续实施下去，辛苦老师了。”

3实施的成效

计算机组成原理课程教学改革的思路和目标在我们学院已实施了两届（第一次是在2002级）。2005年12月5日开始，教育部对我校进行本科教学工作水平评估，并听取了我讲授2003级的该门课程，得到专家组的一致肯定。此外，还可从这两届学生的体会、反应和图1数据得出，教学的效果非常理想，教学的目标基本实现。2006年9月在2004级也实施这一改革理念。

为了准确掌握这一改革的真实情况，对2002级（1～6班，回收问卷191份）、2003级（1～5班，回收问卷207份）全级都作了如下的问卷调查：“你认为本学期所进行的《计算机组成原理》课程的教学改革是否有必要？”四选一回答：很有必要、有必要、无意见、无必要。

结果是：回答很有必要 302人、有必要 89人、无意见 5人、无必要 2人。参看图1。

4结束语

上述强调的“自主知识产权的CPU”在非常时期对国家的安全起到了关键性的作用，以导弹和导航系统为例，必须用“有自主知识产权的CPU”才能从根本上完全掌握和控制其发射和运行轨道的正确性和可靠性。

中国科学院院长路甬祥院士在广州举行的“第七届海内外设计与制造科学会议”作报告时指出：“如过多依赖国外的先进技术而没有自己的创新，自给率低；高层次人才严重缺乏，特别是能参与国际竞争的战略科学家太少。目前制造业的许多领域还停留在国际价值链分工的低端，改变这种状况必须在制造业领域创造中国人自己的设计理论、方法和先进制造工艺技术，创造具有中国自主知识产权的装备、仪器、工程系统。长期从事计算机应用及研究的专业人士指出“微处理器的研发绝对是一个国家的计算机水平的尖端体现”。

大家是否有发现，形形的 OEM和并非少数的ODM其实是我国IT产业的“”。尤其是在硬件方面几乎处处出现了瓶颈。究其原因使我们不能不正视产业中的核心技术――CPU!!!

中华民族创造的古老文明，可以说是地球上唯一历数千年而不衰的文明。然而，我们也面临着严峻的挑战，审视我们的科学发现和技术发明，唯独缺少诞生在这片土地上的创新贡献。问题出在哪里？其中一个因素应该是我们的大学到现在还没有培养出能掌握这一核心技术的大量合格人才，离创新的路就更加漫长了。

我们正是基于这一目的而迈出的第一步。只要坚持不懈，中华民族设计的各类CPU终有一日能达到世界先进水平。

参考文献

[1] 孙强南，孙昱东．计算机系统结构［M］．北京：科学出版社，1997．

[2] 白中英．计算机组成原理［M］（第三版）．北京：科学出版社，2001．

[3] 广州日报.2004-1-19（5）．

[4] 广州日报.2006-6-21（5）．

[5] 郝柏林，张淑誉．数字文明物理学和计算机［M］．北京：科学出版社，2005．

篇4

关键词:螺旋式;模型计算机;系统结构;总线;CPU

中图分类号:G642文献标识码:B

1引言

人们认识事物总是由表及里,由局部到整体,由具体到抽象,由低级到高级循环往复逐步提高的螺旋式过程。在“微型计算机原理及应用”的教学实践中,面对着仅仅学过“C语言程序设计”和“数字电子技术基础”的当代学生,以及伴随着现代计算机技术的飞速发展和广泛应用不断涌现出来的新技术、新产品和新应用领域,如何激发学生们的学习积极性和主动性,培养其综合应用计算机技术解决问题的能力和创新能力,一直是大家努力摸索的主题。本文基于多年的教学实践,总结出突出基本原理、理解实现技术、贴近现实、掌握应用方法的螺旋式教学体系。

2理清课程主线、突出基本原理

2.1从具体技术实现中增强感性认识

围绕计算机的两个本质特征---存储程序和自动运行,构建一个简化的模型计算机。详细分析其存储器的结构、存储单元地址码、字节(Byte)、字(Word)、存储器分配等概念,分析CPU的基本组成、结构和工作过程,展示如何 由程序计数器PC的值从存储器(ROM)中取出一条指令,将其中的操作码放到指令寄存器(IR)中,由指令译码器(ID)译码后经控制部件(CON)产生控制字,对指令中的操作数完成具体的操作;突出强调存储程序和通过程序计数器PC自动指向下一条要执行的指令在存储器中的地址,从而程序启动后就自动地由第一条指令执行到最后一条停机指令。结合其工作过程的分析,说明了连接CPU、存储器、I/O接口的总线概念;以建立完整的微型计算结构、组成和工作原理的概念视图;进一步深入分析控制部件(CON)的组成、工作原理,说明指令译码器(ID)如何将不同的指令操作码译为不同的高、低电平信号,在机器节拍的配合下经控制矩阵产生出所需的控制字。

随后给出几个程序设计示例,全面、直观、具体地认识微机系统的硬件组成、工作原理和应用程序设计;并自然地从提高计算机系统性能的角度引入流水线技术、高速缓冲存储器技术(Cache)、虚拟存储器技术等现代技术在微机中的应用,完成螺旋式认知过程的第一轮循环。实践表明:在此模型计算机硬件和指令系统的分析应用过程中,很好的消除了学生对计算机概念抽象、工作原理神秘感,达到了激发学生探究知识的兴趣和增强学习主动性的目的。

2. 2 适时引入典型内容、做好跨越准备

以8086CPU为代表的16位微机系统在以下几个方面对进一步学习32位机系统提供了技术踏脚石:

(1) 大容量(1MB)内存储器管理,引入分段技术

由220 = 1M可知需要20位的地址才能寻址1MB存储空间,而CPU内的段寄存器都是16位的,无法直接存储这20位地址;为此将1MB的内存空间分成16个段,每段64KB,这样就可以在段内用16位地址寻址了。

(2) 中断系统,引入了中断向量表

通过设置中断向量表,使得由中断类型号可以方便地获得中断向量。

(3)I/O接口系统

引入16位端口地址,使系统可以管理216 = 64K个I/O端口。

有前面的学习内容作基础,配合这部分的详尽原理图,多数同学都能顺利完成对微机系统结构、工作原理、汇编语言程序设计、I/O接口设计和应用能力的再一次提高;通过分析程序存储器,提出了该系统难以对用户的应用程序提供保护功能;内存容量的进一步增大受到限制;一次只能进行一个用户的一个任务;系统吞吐量(每秒执行指令数)的提高受到限制等,自然引入以Pentium系列微处理器为代表的32位微处理器。

2.3顺利过渡、贴近现代技术水平

以介绍解决上述问题的各种技术探索为契机,自然地引入32位微处理器Pentium从体系结构上的概念性的改变和革新。如先进的CISC和RISC相结合的技术、超标量流水线技术和分支预测技术,普遍采用流水线和指令重叠执行技术、虚拟存储技术、片内二级存储管理技术。

详细介绍Pentium的实地址方式、保护方式、虚拟8086方式的特征和它们之间转换过程,以及Pentium的保护技术,充分体现现代微处理器如何实现向上兼容、对多用户多任务的实现和对各级程序的保护等核心技术。

在其实现技术上,通过段寄存器和描述符以及保护方式的寻址机制的介绍,深刻理解和掌握Pentium微处理器的分段、分页技术;对四个特权级的描述,进一步从整体上全面认识现代微处理器保护技术。

为了增强同学们对计算机技术的应用能力,对总线技术的学习是必不可少的。在众多的各类总线技术中,选择现在广泛流行的PCI总线,从其系统结构、信号、命令类型、中断及响应、编址及数据传输技术等方面展开学习;再简单介绍外部总线如IDE、EIDE和SCSI及RS―232C等内容,使同学们面对电脑能够有条理地进行分析和解决一些实际应用问题,完成螺旋式认识过程的又一次飞跃,也为进一步提高计算机应用水平和能力打好基础。

3理解实现技术,突出工程技术特点

在计算机教育领域,长期存在着教育的发展滞后于现实需求的现象,理论是高高在上的思辨,而经验则是最基本的实践规则。理论不足以说明经验,经验也无法凝聚于理论结构之中。

为了走出这一困境,应该在计算机系统结构(Computer Architecture)、计算机组成(Computer Organization)、计算机实现(Computer Implementation)这三个层次建立有机的联系。

在以8086/8088为CPU的微型机系统结构中,其组成原理相对经典和简单,在系统实现技术中的核心是各类部件间的接口设计;通过分析其工作时序图,结合有关器件的工作原理尤其是I/O特性、负载特性等,不难设计出系统的物理实现,如针对8086CPU的 和16位地址/数据复用总线,由工作时序图就可看出需要由地址锁存允许信号ALE控制锁存器对其进行锁存。

在以Pentium为CPU的微型机系统中,其实现技术就复杂得多。只有从各种总线技术、总线标准和控制芯片组等方面着手,才能清楚地说明Pentium微型计算机的总体结构、组成和实现技术。

4深化课程改革,培养学生综合应用能力

长期以来,“微机原理与应用”课程相对于有些课程而言,一直有“老师难教,学生难学”的说法。经过多年的探索和交流,我们逐步清晰地认识到产生这种结果的方方面面,除了日新月异的各种微机新技术、新产品和新应用领域的技术推动、“老师讲得多,学生理解的少”外,最主要的就是老师希冀以包办的方式来传授知识,忽视了学生学习的积极性和主动性的培养;日积月累,直接导致了教学效果与目的的背离、压抑了学生的创新能力并损害了他们的学习积极性和主动性。只有在现代教育理念指导下,对教学体系进行切合实际的改革,才能走出困境。

通过对课程自身进行纵向和横向的分析,确定重点和难点。充分应用网络教学手段,建设网上精品课程,在网络平台上向学生提供教学大纲、电子教案、网上答疑、并推荐网络教学资源;利用网络这一现代教学手段,打破传统教学在时间和空间上的限制;鼓励学生提出问题、提出解决方案,课堂上大家进行交流。

通过加大综合性、设计性实验的比重,增强学生的动手能力、规范实验报告的撰写;对教学计划中安排有课程设计的专业,还通过对设计题目、内容、方案的开放,对实验室的开放,营造一个激发同学们创造性设计的环境;如本院电气专业一位同学提出了计算机在餐饮业的新应用设计方案;

Intel公司的创始人之一Gordon Moore曾预言:“电子计算机CPU的性能每18个月就会翻一番”。面对这样裂变式的知识爆炸时代,优化教学内容和方法、丰富教学手段无疑是所有可采取措施中的首选。

在全方位研究各基本概念和过程的本质特征后,设计直观、简明和有深刻印象的方法将它们介绍给学生,并用类比、演绎、归纳等方法使两者间建立直观联系,是达到良好教学效果的有效途径;如介绍中断系统时,将中断信号的异步特性比做手机的铃声,何时会响铃声事先一般是不知道的,一旦响了,就提出了中断请求,能否响应这个请求是受允许位控制的;若允许响应,就可暂停当前的工作去接听电话,听完后再自动回来接着做原来的工作;若不允许响应,就不能够接听,该中断请求就被屏蔽了。

5结束语

人们对事物的认识规律总是由低级到高级,由局部到整体,由表象到本质循环往复、螺旋式上升的;“微机原理与应用”课程直接面对计算机技术日新月异的新技术、新产品和新应用领域的扩充,如何在安排的课时内使学生掌握计算机的有关基础知识、应用能力,培养他们的创新意识和创新能力并贴近现实,迫切需要有符合认知规律的教学体系来协同支持。

参考文献:

[1] 郑学坚,周斌. 微型计算机原理及应用[M]. 3版. 北京:清华大学出版社,2001.

[2] 戴梅萼,史嘉权. 微型计算机技术及应用[M]. 4版. 北京:清华大学出版社,2008.

[3] 宁飞,王维华,孔宇. 微型计算机原理与接口实践[M]. 北京:清华大学出版社,2006.

篇5

关键词:核心课程;教学与实验体系;一体化教学

中图分类号:G642 文献标识码:B

在经历了几十年的发展后,无论是万亿次大型计算机系统还是小型嵌入式计算机系统,一个计算机系统的基础构成大致可以分为硬件、操作系统及应用程序三部分。在现代计算机应用中,为了构造一个功能完备、性能优良的计算机系统,设计人员必须综合考虑应用程序行为、编译优化、操作系统、处理器等各个环节,特别是这些环节之间的相互作用关系。与此相对应,编译器、操作系统及计算机硬件(尤其是处理器)三部分已经形成了如图1所示的密切配合、相互影响、彼此渗透的紧密关系。为此,现代计算机系统设计人员必须掌握软硬件一体化设计方法。

有鉴于此,我们认为合格的计算机专业人才应能够深刻理解计算机系统的各组成要素及其工作原理,初步掌握现代计算机软硬件系统设计和开发的新方法与新工具,建立软硬件一体化设计的系统观,掌握计算机整体结构,并具备一定的工程能力和团队精神。

1背景及存在的问题

随着计算机技术的普及,越来越多的高校毕业生进入IT领域工作。这些人中不仅有计算机专业的毕业生,也有大量其他非计算机专业人员。在与这些非计算机专业人员的竞争中,计算机专业的学生并未表现出明显的专业优势。

造成这一现象的原因是什么?带着这个问题,我们对计算机学科核心课程,包括“数理逻辑”、“数字逻辑”、“高级语言程序设计”、“数据结构与算法”、“计算机组成原理”、“计算机接口与通讯”、“EDA技术”、“编译技术”、“操作系统”、“软件工程”及“计算机系统结构”等,重点在教学内容及课程之间的衔接关系两个方面进行了全面深入的分析,同时对国内外20多所研究型大学特别是Berkeley、MIT、CMU等几所著名高校的课程设计和清华、北大的课程设计进行了调研。 文章内容：

调研结果表明,当前我院本科课程体系所面临的主要问题是各门课程各自独立、封闭、完备,各课程知识体系间缺乏相互承接,不具备足够的完整性。具体体现在:

(1) 不同课程知识内容难以建立相互关联关系。当前课程数量较多,涉及的知识内容广泛。但由于整个课程体系缺乏一体化设计的思想,因此各门课程知识点相对独立、各成体系,缺乏良好的衔接,部分课程在知识内容讲授上甚至存在一定的重复。

(2) 实验环节相对薄弱。主要体现在两个方面。首先是缺乏足够的实验深度即现有实验体系中外特性体验实验偏多,而功能设计类实验不足;其次由于部分课程的实验方法、实验平台及实验工具未能及时更新,因此学生无法掌握当前流行的设计方法和工具,不利于今后的工作和学习。

(3) 学生难以掌握计算机及系统软件整体核心概念。受教学内容的影响,核心课程的实验内容相互间缺乏足够的连贯性,致使学生无法形成完整的整机概念,难以理解软硬件一体化设计思想。此外课程门数过多占用了过多的课时,导致实验环节缺乏足够的课时。

因此,完善课程体系建设,加大课程实验环节的深度和难度,构建一体化的教学实验体系,将更多的工程实际问题引入教学实验,成为解决这一问题的关键。

2指导思想

在计算机学院的支持下,经过相关教师的多次讨论,形成了一体化教学实验体系改革的总体思路:

(1) 简化课程门数,突出课程教学深度。通过简化课程门数,增加核心课程的课时数(尤其是实验环节所需的课内课外时数),从而进一步突出教学深度,使学生对计算机系统的各组成要素能够更加深入透彻的理解。

(2) 理论与实践相结合,突出实验环节。课堂教学与实验教学密切配合,通过配置各类不同难度的实验,以及在实验中使用流行的工具设计软件与硬件环境,不仅使得学生掌握新方法与新工具,更为重要的是使得学生对计算机系统的感性认识与理性认识得到增强与提高。

(3) 通过小组实验环节,培养团队能力。通过分组实验环节(每组成员3人为宜),培养学生在现代以团队为基础的工作环境中能够完成一个复杂工程系统包括构思、设计、实现及运行的全流程,初步具备实现复杂工程系统所需要的工程能力。

本次教学实验体系改革共涉及5门基础核心课程,包括:“数理逻辑”、“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“编译技术”、“操作系统”。我们拟以MIPS指令系统为基础,让学生在本科学习过程中自主开发一个可实际运行操作系统与应用程序的小计算机系统,使学生能够掌握计算机系统的各组成要素,深刻理解其工作原理,学习计算机软硬件系统设计和开发的新方法与新工具,具备计算机专业人员的基本素质。

3目标及规划

3.1总体目标

通过对5门基础核心课程的教学与实验环节的一体化设计,综合设计教学与实验内容,构建系统化的实验体系,使得学生有能力设计一台功能型计算机、研发一套编译器和一套操作系统,最终形成一个相对完整的功能型计算机系统。

我们期望通过本实验体系的系统化训练后,学生不仅能够建立计算机系统观,而且能够培养工程实施经验和能力,并锤炼团队合作精神。

3.2以一体化实验体系为核心的基础核心课程体系

为了本次教学实验改革的指导思想,形成一体化的教学实验体系。具体方法是,围绕完成一个功能型计算机系统所必需核心知识,突出重点,将目前开设的“数理逻辑”、“数字逻辑”、“高级语言程序设计”、“数据结构与算法”、“计算机组成原理”、“计算机接口与通讯”、“EDA技术”、“编译技术”、“操作系统”、“软件工程”及“计算机系统结构”等课程综合出“数理逻辑”、“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“编译技术”及“操作系统”等5门基础核心课程,并形成基础核心课程体系。其他课程则以此为基础,分别形成面向计算机软件与理论、计算机系统结构和计算机应用三个方向的专业课程体系。计算机学院全体本科生必须学习全部5门基础核心课程,并根据各自的方向研修相应的方向课程体系。

通过5门基础核心课程的学习,计算机学院本科生将能够深入的理解计算机各组成要素的构成及其工作机理,建立正确的整机观念,树立软硬件一体化设计思想,初步具备从事工程设计的能力和团队精神,为今后进一步学习各方向课程打下坚实的基础。

在5门基础核心课程体系中,“数理逻辑”以布尔逻辑为基础,使学生掌握根据需求采用逻辑描述的方法和能力;“数字逻辑”讲授了数字电路的基本知识、基本概念,以及数字系统常规基础部件的基本原理;“计算机组成原理”讲授了包括处理器、指令系统在内的计算机硬件基本组成及其工作原理,系统介绍计算机组织的设计和基本框架;“操作系统”讲授了操作系统的4大组成及其工作原理,以及并发性、共享性、虚拟性等操作系统的基本特性;“编译技术”讲授了编译器设计的主要主题,包括词法分析、语法分析、中间代码生成、代码生成、代码优化等。

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如今，微型计算机不但被广泛使用还影响着人们的工作、生活以及思维方式。在2011年，有人对在校大学进行过一个调查：如果没有计算机，试问晚上你会做什么？就这么一个简单的问题，居然让很多人一脸茫然。这个调查仅仅在学校进行，事实上社会上使用计算机的频率更高。能够熟练使用微型计算机的人比较多，但是又有多少人了解微型计算机的工作原理。在这样形势下，探析微型计算机原理与应用就必备了现实意义。

1 微型计算机系统组成

对于一台微型计算机来说，由软件系统与硬件系统共同组成的。其硬件系统主要是构成计算机的电子元器件、电子线路以及机械装置等各种物理设备；而软件系统主要是程序以及有关的程序技术文档资料。而这两个部分仅仅是大划分，它们下面分别又化成了许多重要的组成部分。

1.1 微型计算机硬件系统

硬件系统由是由运算器、控制器、存储器、输入设备与输出设备5部分组成。下面分别就这5部分进行适当阐述。

1）运算器。在微型计算机中，运算器就是一种执行部件，所承担的任务就是对信息进行加工处理；其运算的方式主要有加减乘除与与或非、异或、同或以及逻辑运算。

2）控制器。该部件主要是微型计算机的控制中心。其中最主要的控制部件是cpu，也是整个微型计算机的指挥中心，用来协调整个计算机的工作，进而来完成程序信息，并经过输出设备输送出去。

3）存储器。这部分就相当于微型计算机的仓库，用来存放计算机中的数据与程序；而程序是微型计算机用来操作的依据，数据是微型计算机用来操作的对象。

4）输入设备。该设备的主要功能就是将用户的信息以指令形式传送到计算机中，传送过程中还要将信息处理成计算机能够识别的信息，最具代表性的就是键盘、鼠标。

5）输出设备。将微型计算机的处理结果按照一定方式传送出去，共用户使用。最具代表性的就是显示器；

1.2 软件系统

软件系统所包含的内容是非常丰富，要对其具体分类十分困难，因此，按照系统的功能不同，可以划分为应用软件与系统软件；所谓的系统软件主要是指对微型计算机进行管理、调度、监视以及服务等，比如操作系统就是典型的系统软件；而应用软件且是利用计算机作为操作平台来解决生活中实际问题的程序，比如outocad软件就是利用计算机来画图软件。

2 微型计算机原理

多年以来，很多人都在对微型计算机的原理进行研究。但是相比之下，最为成功、全面的还是1946年由数学家冯.诺依曼出来的工作过程，如图1所示。

从该流程中可以发现，其整个工作原理可以按照如下进行。

首先用户要将自己的意图编写成程序，然后将这些程序按照指令形式传输给微型计算机，就计算机就能够按照这些程序去执行程序。当输入设备将用户的指令传送到微型计算机内存中，cpu就会按照指令的先后顺序开始执行，让各个部件自动去执行。

要探讨微型计算机原理，就一定要清楚存储单元，事实上存储单元就相当于一个房间（本文就比喻成房间），其中存放的是机器语言，即二进制；对于存储单元来说，主要有两个特征：①存储单元这个房间中存放的仅仅是内存中某一个房间上面的房间号码，无论何时，这个房间号码都可以任由cpu使用；②存储单元具备自动增加一个房间的功能。

图1 微型计算机结构图

现在用例子的形式来阐述微型计算机原理：某用户通过程序给微型计算机发出三条指令，这3个指令就放进内存中的201、202、203三个房间之中，那么按照处理顺序201首先被放进了存储单元；cpu在微型计算机中查询就只能查到201，就从内存之中取出201房间指令并按照要求执行；但201房间的指令被执行完之后，存储单元会自动增加一个成为了202，当cpu再到内存之中查询存储单元之时，就会自动到202之中了，就会从202中取出指令并且按要求执行。按照中工作模式，微型计算机在无人参与情况下，就会自

转贴于

动的按照顺序执行程序，一直到存储单元中的所有程序全部被执行。

3 微型计算机的应用

随着微型计算机技术的飞跃发展，已经被人们普及使用了。具体而言，微型计算机主要应用在如下几个方面。

1）科学计算和处理数据。在工程设计、科学研究以及社会经济管理规划等行业中有着复杂的数学计算，比如：处理航天的测控数据、计算卫星的轨道等，如果依靠人做是不可能完成，就必须要利用微型计算机来处理数据。

2）办公自动化和信息管理。现在很多大型企业、国家一些部门所管理内容较多，具有一个庞大的数据系统。比如：人事档案管理、生产计划管理以及购销合同管理等。只有科学合理的使用微型计算机，进行办公自动化以及信息管理。比如国家对人口的身份信息管理就是一个比较庞大数据系统，过去依据人来管理经常出现错误，连身份证号码都出现重号、错号等现象，但采用微型计算机管理之后，不但规范了管理还大大降低了这些错误。

3）自动化仪表仪器。对于一起仪表的安装之中，使用微型计算机之后能够增强仪器仪表的功能，提高其使用性和可靠性，同时还减小了仪器仪表的体积和重量。

4）教育、文化娱乐以及家用。在教育中已经普遍采用计算机辅助教学，目前已经成为了主要教学手段，就是使用多媒体技术也必须要通过微型计算机这个平台来实现。而且利用微型计算机结合多媒体形成了组合影像设备，已经走进了千家万户，成为了人们生活提高的象征。

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关键词：CPU；主板；供电电路；电源控制芯片

中图分类号：TP307文献标识码：A文章编号：1007-9599 （2010） 14-0000-02

Computer CPU Power Supply Circuit Board Analysis and Repair

Zou Shixi

（Liaoning Mechanic&Electric College,DanDong118000,China）

Abstrct:This paper discusses the computer CPU power supply circuit board composition,work theory,repair process,due to problems caused by the circuit and the causes of common faults analyzes,puts forward ways to deal with the maintenance.

Keyword:CPU;Motherboard;Power supply circuit;Power Control Chip

一、引言

CPU供电电路为CPU提供电能，保证CPU在高频、大电流工作状态下稳定地运行，满足正常工作的需要，是计算机主板中唯一工作在大电流状态的供电电路单元，由于供电电路元器件发热量较大，市网的强电磁脉冲及周围环境条件因素也能影响到本供电电路，所以它是计算机主板中故障率最高的部位。另外一方面，该供电电路是采用脉冲宽度调制的开关直流稳压电源，不同计算机主板其供电电路结构基本相同，故障也有一定的规律可寻，只要了解它的电路工作原理，就能掌握该电路的维修技术，有一定的实际意义，减少大量的维修时间。

二、CPU 供电电路的组成与工作原理

CPU供电电路通常采用PWM（Pulse width Modulation，脉冲带宽调制）开关电源，该部分电路主要是由场效应管（MOSFET）、PWM控制芯片、扼流线圈、储能线圈、滤波电容和电阻等元器件组成。它将12V或5V主电压转化成高精度的CPU Vcore供电电压。附图是某品牌G31芯片组计算机主板上CPU供电电路的组成部分，本供电电路采用INTESIL公司生产的ISL6556和HIP6601B芯片组以及场效应管（MOSFET）等电路所组成。来完成对四相供电开关管的驱动。ISL6556是高精度多相PWM控制器，它可以支持新一代VRlO处理器的供电需求，ISL6556是主控制芯片，HIP6601B 则是MOSFET开关晶体管的驱动芯片。当按下主板上的开机按键后，ATX电源就会输出+5V的供电电压，这个电压加到PWM控制芯片DU10（ISL6556BCR）的VCC脚，为PWM控制芯片提供工作电压。

ATX电源输出的“电源正常”信号经过相关电路处理后，送到PWM控制芯片DUlO（ISI6556BCR）的PGOOD脚，使PWM控制芯片复位。PWM控制芯片复位后，内部振荡器开始振荡，从PWM1、PWM2、PWM3、PWM4脚输出四路PWM波形信号，

PWM控制芯片DU1O（ISL6556BCR）的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4脚输出的四路PWM波形信号，分别经过两个相位控制集成电路HIP6601B后，分别输出8个反相（4相）的控制信号，控制16个场效应管的导通与截止（每相采用4个场效应管两两并联）。

L2-L5是储能电感，这些电感的一端分别与每一相电源的控制场效应管相连，另外一端并联，将这四相输出电压并联后，再经过多个电解电容滤波，得到平滑稳定的电压供应给CPU。Ll是滤波电感，将CPU辅助供电插座输入的+5V电压滤波后，送到电源控制电路。

输出的四路电压经过四个2.7kΩ的电阻，分别耦合到PWM控制芯片DUlO（ISL6556BCR）的ISEN1、ISEN2、ISEN3、ISEN4脚，作为电流检测信号，经过DUl0（ISL6556BCR）的内部电路处理后，改变输出PWM脉冲的占空比，使得各相输出电压的负载基本相等，实现过流保护。

PWM控制芯片DUlO（ISL6556BCR）的ENLL脚是“基准电源正常”信号的检测电路。当基准电源（基准电源一般由三端稳压器稳压得到）正常时，ENLL脚为低电平，内部电路开始工作，为CPU供电。若基准电源不正常，则ENLL脚为高电平，内部的振荡器停止丁作，切断对CPU的电压供应。

DUlO（ISL6556BCR）的EN脚是使能控制端，该端控制信号由I/O芯片输出，正常工作时，该脚电压高于1.24V。

目前计算机主板比较常用的CPU供电电路主控制芯片还有美国ANNALOG公司的ADP3168+ADP3418芯片组、RichTeck公司的RT9248A+RT9603芯片组、INTESIL公司的ISL6566单芯片控制电路等，它们的工作原理相同，供电电路也基本大同小异。只要掌握了它们的工作特点，有基本的维修工具，如恒温焊台、热风枪，就能够顺利进行故障的排除工作。

三、计算机主板CPU供电电路常见的故障分析

（一）供电电路无输出电压导致CPU 不工作

CPU供电电路无输出电压而导致CPU不工作（不开机自检）是电脑主板最常见的故障之一。这种故障常常是由下列原因所致：

1.电源管理芯片。

电源管理芯片损坏后，也将导致CPU主供电没有电压输出，在加电情况下，将无法控制场效应管的工作，无法为CPU供电，首先测量电源管理芯片工作条件是否满足，来判断芯片是否损坏，导致主板CPU不工作并不一定是由其CPU供电电路引起的，如主板上的石英晶体振荡器损坏、时钟电路工作不正常，CPU自然也就无法工作了。

2.场效应管由于工作过程中过载、过热等引起击穿的现象。

场效应管损坏，将导致CPU主供电没有电压输出，一般“低端管”损坏。因为在高端管截止的瞬间储能电感会产生较高的反峰压，容易造成低端管的损坏。所以在维修时应首先检查此场效应管是否正常，当控制芯片ISL6556检测到输出场效应管状态异常时会停止对HIP6601B驱动芯片的输出信号，确保CPU不被损坏。

（二）电脑使用过程中经常出现重启现象

这种故障现象有多种原因。首先排除计算机软件故障、硬盘、内存等引起本故障的因素后，就可以打开机箱检查与CPU插座附近一排电解电容是否有“爆浆”现象。导致CPU供电电压不正常、不稳定均，从而造成本故障现象。如果CPU供电电路元件长期发热或周围的温度过高，容易造成电容的电解液干枯、漏电以至损坏。

CPU是整个计算机系统的主板核心部分，是计算机三大主要部件之一。CPU正常工作必须要有稳定、干净的直流电源才行。如果CPU供电电路的滤波电容损坏，就会影响到输出电压的平稳性，很容易造成死机等现象

（三）滤波电容导致主板工作不稳定

这种故障往往会导致无法正常提供CPU供电或主板工作不稳定，这种主板故障的电脑往往不能正常启动到视窗工作界面，有时甚至一开机就死机或重启。

四、结束语

CPU供电电路是主板上极其重要而且容易出现故障的一部分电路。掌握了它的工作原理和故障特点，就能够比较容易的维修好这部分电路，提高主板维修的效率。

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2、计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。

依此进行下去。直至遇到停止指令。程序与数据一样存取，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理，这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼于1945年提出来的，故称为冯.诺依曼原理，冯诺依曼体系结构计算机的工作原理可以概括为八个字：存储程序、程序控制。

3、存储程序：将解题的步骤编成程序（通常由若干指令组成），并把程序存放在计算机的存储器中（指主存或内存）。

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关键词：计算机网络；课程；知识；系统化

计算机网络课知识很多，而且错综复杂，教材一般是将计算机网络内容按“块”组织并展开的，如计算机网络概述、物理层、数据链路层、局域网、广域网、网络层、运输层、应用层、网络安全、网络应用等。同样，授课一般也是依教材的内容和次序进行组织，一块一块内容、一堂课一堂课讲解，因此，学生积累的是点，最多也就是面的知识，而计算机网络是一个系统，学生仅仅掌握面的知识不是课程的目的，把面的知识变成立体的知识并形成系统，知识才能活起来、才能有用。

目前，计算机网络课程教材均没有对计算机网络知识进行梳理、总结的内容。在计算机网络课程内容介绍完成后，对计算机网络课程内容进行梳理总结很重要。通过教学实践，我们发现采用穿插、联系和系统的方法能够让学生将学到的知识形成系统。

1构建和配置网络系统

1.1从简单网络及其配置说起

两台计算机通过双绞线连接起来，说明双绞线4根线的作用、水晶头连线的做法、连通检测工具，交叉线和直通线用法。两台主机配置IP地址、子网掩码，用Ping检查网络是否连通，将文件夹作为共享资源。通过Ping命令的功能复习ICMP协议。

通过共享集线器或者交换机连接主机组成小的

局域网。结合本校网络实验室设备，配置交换机的IP地址，配置VLAN，检查VLAN配置是否正确。据此，介绍共享集线器工作原理、特点、工作的层、网络的拓扑结构。介绍交换机工作原理、特点、工作的层，区分半双工和全双工工作方式，由交换机组成的VLAN工作原理、应用场合。

在这个基础上，系统介绍以太网的组成、以太网的扩展(包括中继器、网桥、集线器的级联)、高速以太网等。

通过路由器连接两个局域网，结合本校网络实验室设备，配置路由器的IP地址、静态路由表，主机IP地址、子网掩码和网关。据此，介绍路由器的工作原理、路由表及其形成。进一步通过2个路由器连接3个网络，其中中间是广域网，并以此作为一个小的自治系统，配置路由器的内部网关协议RIP。在这个基础上，总结自治系统及其内部网关协议IGP和外部网关协议EGP。

如果有可能，可以对几个典型的网络案例进行分析[1]。

1.2从接入互联网谈起

通过本地IP地址和全局IP地址，引入服务器、NAT和VPN。分别介绍它们的工作原理、应用场合、上网的特点。

通过家庭上网，介绍ADSL工作原理、连接方法。介绍家庭无线路由器工作原理、连接方法、上网的特点。

介绍一个单位网络的基本构成，包括拓扑结构、传输介质、设备配置、结构化布线方案和接入因特网方法。拓扑结构主要突出星型结构，传输介质主要突出双绞线和光纤。以自己熟悉的当前运行的单位或者政府(例如区)网络为例进行分析。通过碰撞域和信号不失真传输距离解析采用传输介质的最大长度。

介绍工业现场典型网络构成、拓扑结构、设备配置。拓扑结构主要突出总线结构，同时介绍RS485和CAN总线等。设备包括PLC、工控机和嵌入式装置。

介绍本校校园网的构成(包括校内无线网)、本城市内校园网的连接、如何连入中国教育与科研网[2]。

2把IP地址及其相关问题联系在一起

先提出下列问题：“如果学生宿舍两台计算机通过集线器连在一起，如果IP地址分别配置成192.168.1.1和192.168.2.1，这两台计算机是否无法打交道？”学生当然是能够回答的。但如果提出“计算机为什么要同时采用IP地址和硬件地址？”这个问题，有不少学生说不到位。课程总结时，通过第一个问题，复习IP地址的分类、子网掩码、网络号、主机号等。通过IP地址分类的缺限，介绍子网和超网(CIDR)原理、计算方法及其与它们有关路由器查找路由算法的变化。通过IP地址存在的问题，对IPV6主要特点作个介绍。

通过第二个问题，介绍IP地址用于找到目的主机所在的网络，而在同一个网络中数据采用的是数据链路层的帧传输，而帧采用是硬件地址(封装在MAC 帧中称为MAC地址)，通过ARP可以将目的主机的IP地址查到对应的硬件地址。

关于计算机在广域网中的地址，将最简单的层次结构地址与EUI-48地址进行对比，说明它们的共同点和不同点。

在由IP地址得到网络号和主机号基础上，引入单播、广播、多播。通过上面的介绍，单播就不需要更多说明，主要是广播和多播。关于广播，说明IP地址如何表达广播地址，硬件地址如何表达广播地址，通过ARP给广播举例。关于多播，介绍IP使用D类地址支持多播，以太网多播地址表达方法以及它们的映射关系。关于多播其他内容包括IGMP，因为内容多，应该专门梳理。

在介绍硬件地址和IP地址的基础上，引入域名和DNS，域名需要说明域名树型结构，DNS需要说明它的作用、DNS服务器的分布、由域名查找对应的IP地址的过程。从而形成了域名――IP地址――硬件地址系统知识链。

3为了提供更好的“服务”费尽心血

3.1理解两种“连接”服务

计算机网络从不同层面提供面向连接可靠的服务和无连接不可靠的服务，而且由此产生了很多相关问题，学生不易理解，认为交给目的主机的所有数据都应该是正确的和完整的。为了进一步理解这两种服务的特点，可以先大致介绍文件传输、IP电话等工作原理，让学生明白，有些应用到达目的主机的所有数据都必须是正确的和完整的，例如文件传输。有些应用(例如IP电话)实时性比可靠性更重要，个别数据包丢失或者不正确并不影响它的使用。在这个基础上进行总结，为了适应不同应用的需要，计算机网络需要同时提供面向连接服务和无连接服务。然后，从运输层、网络层和数据链路层分别展开说明。

UDP和TCP是TCP/IP体系运输层提供的无连接服务和面向连接服务，在应用层，DNS、RIP、DHCP、SNMP、IP电话、流式多媒体通信等都采用UDP服务，而HTTP、FTP、SMTP、TELNET等都采用TCP服务。因为UDP是无连接服务，所以它报文格式首部比较简单。TCP是面向连接服务，所以它报文格式首部非常复杂。TCP为了实现可靠数据传输，传输前需要建立连接，连接成功才能进行数据传输，传输结束后需要释放连接。为了可靠建立连接，需要3次握手。数据传输时，通过“窗口”协调双方的传输节奏，通过检验和判断接收到的数据是否正确，通过确认报文通知发送方已经接收到的数据情况，等等。传输结束，需要双向释放连接。通过上面UDP和TCP数据传输穿插和比较，把许多概念联系起来，区分开来[3]。

TCP/IP体系的网际层提供的是无连接的IP服务。

在数据链路层，以前非常流行的连续的ARQ协议是面向连接的可靠的数据传输协议，所以，需要包含建立连接、数据传输、释放连接过程，帧头部包含序号字段，用于描述当前传输的帧的编号和接收方对收到的帧确认，用FCS字段表达数据检验，用确认帧告诉发送方接收的帧是否正确。而当前流行的PPP协议的帧格式中没有序号字段，因为它是无连接的传输协议。同样，以太网也是采用无连接传输协议，所以，以太网V2标准和IEEE的802.3标准的MAC帧格式都很简单。实际上，无连接的传输协议并不一定就是不可靠的数据传输，像以太网本身传输很少出错，由于协议简单，所以网络的传输效率非常高。

参考文献：

[1] 张卫,俞黎阳. 计算机网络工程[M]. 2版. 北京:清华大学出版社,2009:284-289.

[2] 吴功宜,吴英. 计算机网络应用技术教程[M]. 3版. 北京:清华大学出版社,2010:210-224.

[3] 谢希仁. 计算机网络 [M]. 5版. 北京:电子工业出版社,2008:1-306.

[4] 吴功宜,吴英. 计算机网络应用技术教程题解与实验指导[M]. 3版. 北京:清华大学出版社,2009:17-37.

[5] 陈鸣,常强林,岳振军. 计算机网络实验教程:从原理到实践[M]. 北京:机械工业出版社,2007:1-417.

[6] 张曾科. 计算机网络 [M]. 3版. 北京:清华大学出版社,2009:233-270.

Interweave, Associate and Systematization:The Practice and Think about the Summary Course of Computer Network

ZHENG A-qi

(College of Computer Science &Technology, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)

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【关键词】微机原理与接口技术 教学设计

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）32-0054-02

一 教学起点分析

1.教学需要

微机原理与接口技术是我院本科学生必修的一门课程，是研究微机基本工作原理及接口电路设计方法的重要课程，对于培养学生综合运用软硬件知识解决实际问题的能力具有重要的意义，能为后续课程的学习打下坚实的基础。

2.学生情况

本课程涉及相应的编程语言，根据实际情况，要求学生有一定的编程和读程序的功底，但这部分对学生来说相对较难掌握，虽然在学习本课程之前，学生已经学习了大学计算机基础、C语言程序设计课程，有了一定的计算机操作和编程基础，但这部分对学生来说还存在底子薄弱、动手能力较低的问题。因此，需要针对实际存在的问题，制定满足他们学习需求的教学内容。根据以往的教学经验，虽然学习本门课程存在一定的困难，尤其是在指令系统和汇编语言学习部分，但只要态度认真，学习目标明确，预期的教学目标还是能够实现。

3.教学内容

本课程由两大模块构成，第一部分主要是介绍微型计算机的各部分构件以及它们的使用方法；第二部分主要介绍了8088/8086的指令系统以及汇编语言的完整结构。

相对来说，第一部分主要是理论知识，而第二部分的学习过程中，实践性较强。学生的薄弱环节在于第二个模块的学习中，如果积极引导大部分学生，可以保持较高的学习积极性和学习兴趣。

二 教学目标

1.总体目标

通过教学与实验，学生能阐述微型计算机的基本工作原理、汇编语言程序设计的基本方法，设计并上机调试汇编语言程序，概括微机与I/O设备接口电路的工作原理，设计存储器及I/O设备的接口电路，为进一步学习其他计算机知识和进行硬件开发奠定基础。

2.分类目标

知识与技能：（1）解释微机原理的基本概念。其中包括：数制及其编码；微机的基本组成和工作原理；最小/最大模式和系统总线形成的概念。（2）会使用汇编语言编程及上机调试程序，提高学生的实际动手能力。其中包括：寻址方式；指令系统；顺序、分支、循环及子程序结构。（3）设计接口电路。其中包括：CPU与存储器的连接；接口芯片与微机总线的连接应用及初始化编程。

过程与方法：（1）通过课堂讲授、分组讨论等教学环节，理论联系实际，学会具体问题具体分析，提高分析和解决问题的能力。（2）通过对实际需求的分析和讨论，设计出可行的解决方案，学会微型计算机系统的电路设计方法和编程方法。（3）通过上机实验环节，学会程序调试的方法，培养学生的实际动手能力。

情感态度与价值观：通过本课程的学习，使学生能感受到计算机知识对生产、生活和工程技术的影响；关注计算机硬件发展的前沿动态；养成独立思考、刻苦钻研、善于质疑的良好习惯以及实事求是的科学态度。

三 教学内容设计

第一部分：微型计算机基础知识。进行二进制运算；复述BCD、ASCII码的编码方法；阐述CPU寄存器的结构及作用、CPU引脚功能、存储器分段与物理地址形成；阐述最小/最大模式的概念和系统组建、系统总线形成。

第二部分：8088/8086指令系统及汇编语言程序设计。区别8088寻址方式；解释常用8088指令的功能；设计汇编语言程序；上机调试程序。

第三部分：存储器系统。对存储器进行分类；设计存储器的译码电路；绘制存储器电路连接图。

第四部分：输入与输出和中断技术。说明I/O端口编址方式；对I/O数据传送方式进行分类；利用给定模块设计I/O接口电路；对I/O电路进行初始化编程。

第五部分：常用外设及多媒体技术。说出键盘的基本工作原理；知道LCD、LED的原理。

四 教学策略

在教学中，严格按照课程标准的要求进行教学。采用温故知新的方式，每次在讲新课之前复习上节课内容，每章结束时复习本章重点、难点，详细解答课后习题中出现的问题。在课程讲授过程中，根据学生的实际情况适当调整教学进度，尽量满足不同层次学生的学习要求。

将整个教学过程分为课堂讲授、上机实习、综合设计、考核评价等环节。根据教学内容的差异和学生的特点，以理论知识为根本，以实际应用为导向，从典型问题的解决入手，剖析现象，得出结论，指导应用。通过课堂讲授使学生重点理解微型计算机系统的基本概念、组成原理、程序及电路设计方法；通过课堂讨论，促进教学互动；通过上机实习加深学生对所学知识的理解，培养学生的实际应用能力和创新能力。

五 教学进程设计

根据课程特点和要求，课程教学由课堂理论教学和机房的讲练结合教学两部分组成。本课程共计70学时，课程内容分为八个部分，根据每个部分的教学内容和难易程度，具体的教学实施安排见附表。

六 实施建议

1.教材和参考资料

微机原理与接口技术教材要以课程标准规定的目标为选编指导思想。在满足课程标准基本要求的前提下，教材内容应尽可能丰富，满足不同学生的需要。

教材选编建议：适合本科学生的需要；突出实用性、前沿性；充分体现本课程的教学理念。

教材的使用建议：教师要善于结合实际教学需要，灵活地和创造性地使用教材，对教材的内容、编排顺序等方面进行适当的取舍或调整。

2.考核评价的主要方式

采取理论考试与上机考试相结合的方式进行考核，理论

考试成绩占70%，上机考试成绩占30%。

3.教学保障条件建议