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计算机组成原理教案（数字媒体专业）第一章计算机系统概论内容简介：计算机系统的层次结构，冯·诺伊曼计算机的硬件结构和主要功能，计算机的工作步骤以及计算机的主要技术指标。
教学目标：了解计算机系统的层次结构；了解冯·诺伊曼计算机的特点及硬件构成；理解计算机的工作步骤，了解计算机的主要技术指标的含义及其对计算机的影响。
教学重点和难点：虚拟机的概念；计算机的硬件构成；计算机的工作步骤。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机系统简介1．计算机的软硬件概念（1）硬件（2）软件（3）软硬件的关系2．计算机系统的层次结构（1）虚拟机的概念（2）各层虚拟机及与真实机器的层次关系3．计算机的基本组成（1）冯·诺伊曼计算机的特点（2）计算机硬件结构，总线的构成。
讨论、分析直连结构的问题，提出总线思想，并简单介绍总线结构。
（3）计算机的工作步骤提出计算机解决问题的基本步骤计算机基本构成部件的介绍（运算器、存储器、控制器）以计算ax2+bx+c为例分析计算机工作的过程4．计算机的主要技术指标（1）机器字长计算机同时处理的二进制位机器字长与数据总线宽度、存储字长的关系（2）存储容量存储容量的单位主存容量辅存容量（3）运算速度几种计算运算速度的方法并对它们进行比较运算速度的表示单位第二章计算机的发展及应用内容简介：计算机的发展史；计算机的应用领域；计算机的发展展望。
教学目标：了解计算机的产生和发展以及发展思路；了解计算机的应用领域；了解计算机的发展趋势。
教学重点和难点：计算机的应用领域。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机的发展史1．计算机的产生和发展现代计算机的研究工作第一台电子计算机的产生计算机的发展阶段计算机的发展规律计算机的发展趋势2．微型计算机的出现和发展微型计算机的发展阶段微型计算机的发展带来的工作、学习、生活方式的变化3．软件技术的兴起和发展软硬件的融合，简介嵌入式发展方向二、计算机的应用1．科学计算和数据处理通过ENIAC进行计算的一个案例，直观体会计算机的计算能力2．工业控制和实时控制3．网络技术应用4．虚拟现实介绍虚拟现实技术的一些应用5．办公自动化和管理信息系统6．多媒体技术7．人工智能三、计算机发展的展望第三章系统总线内容简介：总线的概念；总线的分类；总线的特性和性能指标；总线结构；总线控制。
《计算机组成原理》实验教学大纲一、实验目的1.了解计算机的基本组成结构和工作原理；2.掌握计算机各个部件的功能和作用；3.掌握计算机组成原理的基本概念和理论知识；4.培养学生动手实践、动脑思考的能力；5.提高学生的团队协作和问题解决能力。
二、实验内容1.计算机硬件基本组成实验（1）CPU的功能和性能测试（2）主板的组装和测试（3）内存的安装和测试（4）硬盘的安装和测试2.计算机软件基本组成实验（1）操作系统的安装和配置（2）应用软件的安装和配置（3）网络设置和测试3.计算机接口和通信实验（1）串口和并口的测试（2）USB接口的测试（3）网络通信的测试4.计算机系统性能测试实验（1）性能测试软件的使用（2）性能测试实验数据分析（3）性能测试实验结果报告5.计算机故障排除实验（1）硬件故障排除方法（2）软件故障排除方法（3）系统故障排除方法三、实验设备1.计算机硬件设备：CPU、主板、内存、硬盘、显卡、其他外设2.计算机软件设备：操作系统、应用软件、性能测试软件3.通信设备：串口、并口、USB接口、网络设备四、实验要求1.认真学习计算机组成原理的理论知识；2.熟练掌握计算机硬件和软件的基本操作方法；3.认真执行实验操作步骤，按时完成实验任务；4.认真分析实验数据，撰写实验报告；5.积极参与实验讨论和交流，相互学习，共同进步。
五、实验流程1.实验前准备：查阅相关资料，准备实验材料；2.实验操作：根据实验大纲逐步进行实验操作；3.实验数据：记录实验过程中产生的数据和结果；4.实验分析：根据实验数据和结果分析实验过程；5.实验报告：撰写实验报告，总结实验经验和教训。
六、实验负责人实验负责人1：XXX实验负责人2：XXX七、实验安全注意事项1.操作实验设备时需注意安全，切勿疏忽大意；2.保护实验设备，避免损坏；3.如有不懂之处，及时向实验负责人请教；八、实验成绩评定1.实验操作得分2.实验报告得分3.实验讨论得分4.实验总成绩。
计算机硬件基础课程的思政元素挖掘与融入研究1 系统能力培养与计算机组成原理系统能力是依据确定的系统功能，设计与开发系统结构，实现工程目标的能力。
计算机系统能力，要求对计算机系统有深刻理解，在掌握相关计算机基本原理的基础上，能够从不同角度去分析计算机的属性，在计算机系统各层次上分析、设计、实现和优化计算机软硬件。
系统观要求深入掌握计算机系统内部的工作原理、构造方法以及软硬件的相互协同关系。
仅在单门课程教学局部上培养学生的系统观收效不大，因此要从顶层的专业培养目标出发，构建层次递进的创新人才培养课程体系，统一规划各课程教学内容，将各课程有机地衔接起来，构建一个完整的计算机系统知识体系。
为此，笔者建立系统能力综合课程群，由数字逻辑、计算机组成原理、编译原理、操作系统、计算机系统结构等多门课程相互融合、联动形成系统知识体系。
其中，计算机组成原理课程是计算机系统能力培养课程群中的核心专业基础课，具有承上启下的作用，安排在第 4 学期开设，其前导课是数字逻辑，其他课程都是其后续课。
有了计算机结构和组成原理基础，才能从计算机系统整体角度理解操作系统和编译原理。
计算机组成原理全面介绍计算机五大功能部件的组成结构、工作原理以及相互关联，使学生掌握计算机硬件的基本架构、组成部件和实现机制，是理论性、技术性很强的主干课程。
培养学生的计算机系统能力，首先在教学上必须树立整体系统观，把计算机组成原理与课程群中的其他课程联系起来，站在全局角度深入挖掘相关课程的关联内容和结合点。
使学生学会在不同层面把握不同层次的系统，并全面考虑系统各部分与外界的逻辑与联系，能够完成一定规模的系统设计。
在五大功能部件硬件的组成结构与工作原理上，计算机组成原理与数字逻辑等硬件课程相关联，要梳理清楚相关硬件课程体系的相互关系，构建软 / 硬件协同的整体系统概念。
在与软件类课程，如程序设计、编译原理和操作系统的关联上，要与相关课程互相渗透。
计算机组成原理要运用数字逻辑课程中的组合逻辑和时序逻辑电路来设计功能部件、指令集和微指令集。
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2012-5640-1448基于SPOC的《计算机组成原理》翻转课堂教学模式研究①杨磊1 黄沛杰1 吴理华1 肖克辉1 江晓庆2（1.华南农业大学 数学与信息学院 广东广州 510642；2.华南农业大学现代教育技术中心 广东广州 510642）摘 要：为了提高《计算机组成原理》的教学效果，实现人才培养的目标，针对该课程传统教学中存在的问题，以建构主义学习理论为指导，通过设计基于SPOC的《计算机组成原理》翻转课堂新型教学模式，研发并集成多元化学习平台，精心制作教学资源，将线上和线下教学紧密结合。
实践教学表明，该新型教学模式激发了学生的学习兴趣，提高了学生学习的积极性，并取得了很好的教学效果。
关键词：SPOC 翻转课堂 计算机组成原理 教学模式中图分类号：TP301-1;G434 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2021)03(c)-0208-05 Research on the Flipped Classroom Teaching Mode of "Principles of Computer System"Based on SPOCYANG Lei1 HUANG Peijie1 WU Lihua1 XIAO Kehui1 JIANG Xiaoqing2(1.Mathematics and Informatics College, South China Agricultural University,Guangzhou, GuangdongProvince,510642 China; 2. Modern Educational Technology Center, South China Agricultural University,Guangzhou, Guangdong Province, 510642 China)Abstract: In order to improve the teaching effect of "Principles of Computer System" and achieve the goal of talent training, In view of the main problems existing in the traditional teaching of this course, guided by constructivism learning theory, through the design of a new f lipped classroom teaching mode of "Principles of Computer System" based on SPOC, the diversif ied learning platform is developed and integrated, and the teaching resources are elaborately produced, Online and off line teaching is closely combined.Practical teaching shows that this new teaching model not only improves students' learning enthusiasm and interest, but also achieves better teaching effect.Key Words: SPOC; Flipped classroom; Principles of computer system; Teaching mode①基金项目：2019年度广东省教育教学改革项目：基于SPOC的《计算机组成原理》翻转课堂教学模式研究；2019年度华南农业大学教育教学改革重点项目：基于SPOC的《计算机组成原理》翻转课堂教学模 式研究（项目编号：JG19059）；2020年度华南农业大学教育教学改革项目：基于腾讯课堂+SPOC的 《汇编语言程序设计》翻转课堂教学模式研究；2020年度华南农业大学质量工程项目(线上线下结 合精品课程)：《计算机组成原理》（项目编号：zlgc19028）。
以能力培养为目标的计算机组成原理教学研究收稿日期：2018-07-05基金项目：河北省高等教育教学改革研究与实践项目“多层次螺旋式递进的计算机系统能力培养课程建设”（2017GJJG220）作者简介：张铭泉（1980-），男（汉族），山东莘县人，工学博士，讲师，研究方向：计算机系统结构、大数据。
一、能力培养存在的认识误区及应对目前，高等教育已由原来注重理论教学转向对学生能力的培养，逐步以社会、企事业等单位的用人要求相一致，本文以计算机专业基础课“计算机组成原理”为例探讨了如何培养出能力出众、具有可以“解决问题”能力的高校毕业生。
高校讲授的课程门类繁多，有些课程与实际生活联系紧密，有些课程则偏重理论方面，致使有些授课老师想当然地认为，自己所教授的课程与能力、素质、创新无关，例如把素质培养职责推给高校管理人员，这无疑是能力培养的误区之一。
事实上，学生能力的培养离不开授课教师的引导和责任心。
此外，能力培养的另外一个误区是，混淆知识、能力、素质、创新的概念，搞不清如何实现能力培养、素质教育和创新教育。
为走出这一误区，需要重新明确这几个概念及其内在联系。
知识、能力、素质、创新是统一的。
知识是基础，能力是核心，素质和创新体现在能力中。
学习可以获得知识，实践可以获得能力。
能力培养体现在每一个教学环节中。
能力是在实践活动中形成和发展起来的，且不是一朝一夕的事，“培养能力”在课堂上无法落实，因而不能作为课堂教学目标。
然而，课堂教学又必须重视能力的“培养”，教学中，要在明确能力形成和发展条件的前提下，认真落实三维目标，保证学生主体，重视学生的主体参与和动手操作，根本途径在于改变教学方式，体现在课堂教学的目标上，就是为发展能力获得相应的知识技能和方法，经历一定的学习过程和体验。
面对具体问题，在特定的环境下提出针对此问题的解决方法，并坚信办法总比困难多，这样我们就可以说你具备了解决问题的能力。
二、计算机组成原理课程中体现的能力培养计算机是具有信息表示、运算、存储及其他信息处理能力的复杂系统。
在计算机专业课的教学中，除了讲授基本的计算机理论知识外，还应培养学生“解决问题”的能力，包括软硬件的设计与实现等现实生活中需要的能力。
这种能力在某种程度上体现为解决问题的思路，计算机组成原理课程中处处体现着这种以“解决问题”为导向的思路，同时也是能力培养的思路。
（一）有限资源利用效率最大化做任何事情都会有成本或者代价，即使不是用钱来衡量，也会是其他方面的代价。
受雇于企事业单位的高校毕业生，接到单位需要完成的工作任务，应优先考虑成本代价。
如何用最小的成本高质量完成任务，往往是衡量一名员工能力强弱的指标。
计算机中的信息可以用多种形式表示，如整数、小数、文字、图片、音频、视频等，而目前主流的计算机只能存储0和1组成的位串。
因此，在计算机中表示信息，需要特定的规则。
以浮点数为例，浮点数的数量有无穷多个，而计算机中只能使用有限的比特位表示一定范围内的浮点数。
尽管如此，在我们使用计算机过程中，这种表示法的限制并没有给实数的表示带来大的麻烦。
这是因为在计算机数据表示法中，蕴含着有限资源利用效率最大化道理。
为了表示尽可能多的实数，计算机设计者们采用了科学计数法的方式，表示计算机中的浮点数，把浮点数分为整数部分和小数部分，这样可使实数的表示范围成几何级增长，使用有限的比特位（如32位、64位等）可表示的数值范围足够我们日常的使用。
更进一步，由于在二进制的科学计数法中，小数点前总是1，即都是1.xxx 的形式。
因此，在IEEE 754浮点张铭泉，程晓荣（华北电力大学（保定）计算机系，河北保定071003）摘要：能力培养已成为当下高等教育的重点内容，如何培养出超越课本知识，具有现实工作需要实践能力的大学毕业生，是每所高等院校本科教育教学中的关注点。
本文以计算机组成原理课程教学为例，探讨了如何把能力培养融入到课堂教学中，以课堂教学内容为基础，培养工作单位需要的综合能力。
关键词：能力培养；本科教育；教学研究中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2019）11-0221-02Research on Computer Organization Principle Teaching Based on Ability TrainingZHANG Ming-quan,CHENG Xiao-rong(Department of Computer,North China Electric Power University,Baoding,Hebei 071003,China)Abstract :In recent years,ability training has become the key content of the higher education.How to cultivate college graduates who are beyond the knowledge of textbooks and have practical ability in practical work is the focus of education and teaching in every institution of higher teaching.Based on the teaching of computer composition principle,this paper discusses how to integrate the ability training into the classroom teaching,based on the content of classroom teaching and training the practical ability of the company.Key words:ability training;undergraduate education;teaching research数标准中规定，这个1也可以省略，节省出1比特的空间分配给小数点后的部分。
这样就人为地“创造”了1位精度。
通过这个例子可以看出，在资源受限的情况下，要高质量地完成一个任务，需要提高资源的利用率，最大限度地开发资源的可利用空间。
没有人拥有无限的资源，做任何事情的资源都是有限的，恰恰是有限的资源才能造就出色的设计者或工程师，也最能体现一名员工的“解决问题”的能力。
（二）困难问题分解最大化现实生活中采用分解法解决问题的例子比比皆是。
要解决一个难题，通常情况下都不能一下解决掉，否则就不能称作难题了。
为了解决难题，一般需要把问题细化，分几步逐个解决。
这样，一个困难问题的解决，就像剥洋葱一样层层展开，其中局部上可能还需要深耕细作。
在“计算机组成原理”课程中，CPU 流水线的设计与实现应该算作一个难题。
按照困难问题分解法的思路，可以这样描述这部分内容：顺序执行指令的处理器效率差（问题），需要引入流水线技术使多条指令并行执行（方法），而前后相邻指令的相关性会导致流水线运行结果的错误（问题），需要插入空操作指令来间隔两条相邻的指令（方法），而大量无效空操作会降低处理器效率，甚至退化为顺序执行（问题），采用数据转发或旁路机制，将线路上还未写入寄存器的数据直接用作下一条指令的输入（方法）。
数据转发和旁路无法解决所有的相关性（问题），特殊情况要使用暂停等机制（方法）。
总结上述内容，先把难题分解成易于解决的“问题”，随着一个问题的解决，又可能引出另一个新的问题，在逐层解决问题的过程中，问题规模逐渐变小，可解决的情况不断增加，直至解决所有问题，最终整个难题得到解决。
这一过程并不容易，既需要有清晰的大局观，又要专注于细节，但是经历这一过程把难题分解直至解决后，所得到的不仅仅是难题的解决方案，还有自身能力的提升。
在现代社会中，这种需要分解法解决的难题不仅在学习中会遇到，在工程上会遇到，在科学研究上也会经常碰到。
在愈发复杂的社会分工协作链条中，人们付出与回报的间隔越来越长，目标和行动看起来越来越缺乏直接联系。
一个看似无法解决的大难题，在最大化地分解成多个小问题后，如果通过有效的方法解决掉各个小问题，那么大的难题也自然会得到解决。
这种最大化难题分解法需要教师在课程教授中时时渗透，也同样需要学生在学习中细细体会。
（三）多个维度平衡最优化现实中资源总是有限的而目标又是多元化的，这就涉及到在多个维度中寻找平衡的策略，找到解决问题的折中方案。
具体到计算机存储系统中，目标是速度、容量和价格。
计算机存储系统是金字塔式的层次结构：位于最上层寄存器访问速度最快，但是存储容量最小且价格最贵；次高层的高速缓存访问速度比较快，容量稍大，价格比较贵；第三层的主存储器访问速度一般，容量一般，价格也一般；下层的外存（磁盘、光盘、磁带）访问容量最大，价格也便宜，但是速度慢。
似乎没有两全其美的办法，设计存储器时不能简单地选择其中任何一种存储介质，来达成在多个维度（速度、容量、价格）之间的平衡。
实际上，计算机存储器系统是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构。
CPU 内的寄存器保存着最常用的数据。
靠近CPU 的快速高速缓存作为缓冲区域，负责暂存原本存储在相对慢速的主存储器中的部分数据和指令。
与此原理一致，主存则是暂时存放那些程序执行中需要的，原本存储在慢速、大容量外存（磁盘、磁带、光盘）上的部分数据，而且聚焦到高速缓存也同样采用了分层设计，也体现出了平衡的艺术。
我们人生中的许多事情也这个道理，当面对多元化的条件和目标时，需要根据实际问题，找到多个维度下最佳的平衡点，使目标收益最大化。
多个维度目标下的平衡最优化，无疑也是一种高能力的体现。
三、结语在高等教育课堂教学过程中，以能力培养为目标，抓住课程内容蕴含的道理至关重要。
课程的学习不单单体现在对课程内容掌握的程度上，还要注重对课程内容所体现的原则和方法的理解和运用上。
参考文献：[1]教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M].北京:高等教育出版社,2009.[2]唐朔飞,刘旭东,王诚,等.“计算机组成原理”课程教学实施方案[J].中国大学教学,2010,(11):42-45.[3]顾容,杨青青,张蜜,等.面向能力培养的课群结构优化设计[J].高等工程教育研究,2018,(1):54-57.[4]蒋永国,洪锋,董军宇.面向系统能力培养的计算机组成原理核心课程建设[J].计算机教育,2015,249(21):3-6.。
