導語：如何才能寫好一篇計算機的組成和工作原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：計算機組成原理；教學手段；主存

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3767-03

1 概述

發(fā)展計算機的技術，硬件設計的人才培養(yǎng)不可或缺。若要設計某個部件，首先得了解該部件存在的目的，然后掌握該部件的工作原理，才能設計出來，或改進得更好。學生想要掌握這些知識，需要學習多門課程，計算機組成原理就是其中典型的一門。計算機組成原理需要給學生講述計算機的各種主要組成部件以及它們的工作原理。為計算機類專業(yè)的后繼課程學習打下基礎，也是學生以后從事計算機設計的必修知識。

計算機從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)過了幾十年，根據(jù)不同的需要，產(chǎn)生的部件和理論都是多種多樣。而且計算機仍然在迅速發(fā)展中。這些導致了計算機組成原理課程的內容繁多。而且由于計算機的設計更傾向于系統(tǒng)工程，課程的理論講解若不結合實踐設計，將使學生理解膚淺，很難應用于實際。這些情況都給授課教師提出更高的要求。教師如何能夠通過課程教學，把原理講清楚，包括整體系統(tǒng)開發(fā)的概念，是一個值得探討的問題。

現(xiàn)在大多數(shù)計算機組成原理課程教學采用馮·諾依曼計算機結構的部件劃分方式[1]。不可否認，運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大部件仍然覆蓋了現(xiàn)在大多數(shù)的計算機部件。從模塊來看，如果能夠掌握各個模塊的工作原理及其相互作用關系，對課程掌握是達到目的的。但是對剛開始了解計算機內部的學生來說，在聽講各個模塊孤立的內部工作原理時，將會覺得枯燥、不知所措，“學這些內容有什么用”會一直縈繞心中。

對五大部件的介紹，需要不斷地提及系統(tǒng)性，關注各部件之間的關系。這種講述方式可以以某個部件為中心或主線。馮·諾依曼計算機結構是受限于當時計算機發(fā)展的情況，以運算器為中心?，F(xiàn)代的計算機已轉化為以存儲器為中心[2]。從沒有存儲器的第一臺計算機ENIAC到現(xiàn)在的以存儲器為中心的體系結構的計算機，得益于存儲器的不斷發(fā)展。而現(xiàn)在的學生，如果以后想設計出更加先進的計算機，從存儲器的理解開始，不失為一種可行途徑。唐朔飛老師著的教材[2]就把存儲器放在了中心的位置，但是從內容分布來看，仍然是介紹完一個部件，再介紹另一個，而很少顯式地體現(xiàn)出它們之間的關系，需要教師在介紹的時候講述、強調。

本文提出一種以數(shù)據(jù)為主線的計算機組成原理課程講述方法，以供大家探討。該方法主要以主存的工作原理、讀寫操作、數(shù)據(jù)解析等數(shù)據(jù)操作為主線，以數(shù)據(jù)為中心的軟件模擬為輔助手段，模擬硬件設計流程，從而讓學生由熟知的硬件單元開始，不斷逐步擴展，了解新的內容，直至掌握計算機的各個主要組成部件的工作原理。

2 教學模式改革

在一個學期的一門課的課時里，需要講述計算機許多部件的組成、工作原理。由于時間的限制，不可能引入太多新穎的、時髦的具體器件介紹來吸引學生[3]，因此還是應該由淺入深，講清楚各個部件的基本工作原理，并留下問題，拋磚引玉。讓學生有了一定基礎后，可以對自己感興趣的內容繼續(xù)探索和研究。

基本工作原理是基礎，是學習與理解計算機組成與運行機制的核心知識，其特點是穩(wěn)定性（不隨時間變遷而改變）和通用性（不隨具體機型而變化），是學生一定要掌握的重要部分[4]?，F(xiàn)在計算機的基本功能就是保存數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和表現(xiàn)數(shù)據(jù)。這些功能都要依賴于數(shù)據(jù)。而學生在學習計算機組成原理時，一般已經(jīng)掌握至少1門程序語言，對數(shù)據(jù)已經(jīng)有一定的了解。如果從數(shù)據(jù)入手，將可使學生由熟悉的內容開始學習，更容易接受。

另外，現(xiàn)在在很多學校里，由于經(jīng)費等原因，計算機組成原理教學缺乏一個能讓教師和學生運用工程實踐理念進行設計和實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的實驗平臺[4]。從產(chǎn)業(yè)界來看，由于硬件設計的成本昂貴，很多硬件設計的前期都是要經(jīng)過軟件模擬的驗證的，所以軟件模擬也是讓學生逐步熟悉設計的過程。硬件成本比較高，但簡單軟件模擬應該是可以做到的。

對于計算機組成原理這樣系統(tǒng)性課程，軟件模擬又不能一蹴而就，所以需要形成一個可以把課程內容逐步加進去且方便軟件模擬實現(xiàn)的教學方式。從軟件模擬的角度，由數(shù)據(jù)入手，可以逐個講解以下幾個內容：數(shù)據(jù)的存儲模擬、數(shù)據(jù)的讀寫、數(shù)據(jù)的數(shù)值解析、數(shù)據(jù)的指令解析等。

2.1 數(shù)據(jù)的存儲模擬

2.2 主存數(shù)據(jù)讀出、寫入

圖 3給出了兩種主要的讀數(shù)據(jù)方式，其中“（H）”代表十六進制數(shù)，“（B）”代表二進制數(shù)。地址分配方式可以選擇大端或小端的方式。從該模擬中，學生可以了解的讀數(shù)據(jù)必須提供地址，而所讀得的數(shù)據(jù)就可以通過可視化的主存觀察到。特別是當從同一地址讀出多字節(jié)字數(shù)據(jù)時，采用不同地址分配方式，將組成不同的字。通過可視化的主存，讓學生直接比對所讀得的數(shù)據(jù)和主存中保存的數(shù)據(jù)，將能夠讓他們更能掌握這方面知識。另外，還可以加入多個層次的存儲器，在讀取過程中，人為地為各存儲器構造一些不同長度延時，從而講述存儲器速度、容量和位價，還有高速緩沖器的作用等。

2.3 主存數(shù)據(jù)解析

主存數(shù)據(jù)除了能夠被解析成數(shù)值，還能夠被解析成機器指令。這同樣需要從主存里讀出數(shù)據(jù)并解析，但是就不像數(shù)值那樣固定，因為它跟具體的指令系統(tǒng)有關。不同指令系統(tǒng)，對于相同的主存數(shù)據(jù)的解釋可能是不一樣的。而提供一個模擬，讓學生自己設計指令系統(tǒng)，從而解析從主存里讀出的數(shù)據(jù)，將可以使他們更能理解指令系統(tǒng)內容。類似指令系統(tǒng)，可以定義指令周期、流水線、微指令、控制形成等內容。

2.4 學生的自主模擬實現(xiàn)

學生在學習計算機組成原理的時候，應該已經(jīng)學習過編程語言，已經(jīng)可以根據(jù)一些邏輯要求編寫和運行程序，并得到正確的結果。那么，教師可以給定《電子技術》、《數(shù)字邏輯》等在計算機組成原理模擬中會用到的基本模塊，比如存儲單元，然后鼓勵學生主動實現(xiàn)各個知識點的模擬。產(chǎn)業(yè)界的硬件設計也是從軟件模擬檢驗開始。當學生對模塊進行模擬時，肯定是建立在掌握其工作原理的基礎之上。當實現(xiàn)了模擬，對學生來說是完成了自己獨有的設計，會產(chǎn)生成就感，不斷推進學習。那么再讓他們設計硬件模塊，將能夠更容易上手。

3 結 論

本文提出了一種以數(shù)據(jù)為主線的計算機組成原理教學方法。該方法提出把理論講解和實踐相結合，實踐除了硬件實驗外，還包括教師提供的模擬平臺的實驗，通過不同值的輸入來了解工作原理，也可以讓學生進行工作原理的自主模擬，加深理解。該方法從學生熟悉的數(shù)據(jù)開始，從存儲、讀寫到解析，通過主存可視化，讓學生在學習時更加直觀、易懂。

參考文獻：

[1] 岳珂娟. 馮·諾依曼體系結構在計算機組成原理教學中的重要性[J]. 計算機教育，2012（24）：99-101.

[2] 唐朔飛. 計算機組成原理[M]. 第2版. 北京： 高等教育出版社， 2008.

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1 引言

《計算機組成原理》是一門偏硬的學科，是計算機與科學技術專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎課[1]，主要學習計算機內部的各部件的組成結構、工作原理及相互間的聯(lián)系。隨著計算機技術及電子技術的飛速發(fā)展，計算機內部部件的高度集成化，復雜化，很多學生普遍感覺《計算機組成原理》這門課程難學、難懂，概念抽象、感性認識差等，如果用傳統(tǒng)的教學方法很難達到教學的目標；同時這門課程還是很多院校計算機專業(yè)研究生入學考試的考查科目，所以應該找到一種切合實際的教學模式，在達到本科教學目標的同時能夠讓學生們感覺研究生入學考試這門課程對于他們來說不是一種屏障。鑒于此，我們針對這門課程的特點，從教學內容、方法、手段及實踐四個方面做了改革，并取得了較好的效果。

2 教學內容的改革

在教學內容上，主要遵循本科教學大綱來循序漸進該課程的講授工作，同時要借鑒每年的考研大綱，找出其出入部分，重點內容要重點詳盡地講述，以典型例題來加深學生的理解，難點問題要找到切入點，讓學生找到頭緒，步步為盈，例如信息通路部分，可以先畫一個單總線結構的計算機系統(tǒng)來講解信息在各部件間的流動過程，然后再針對某一復雜具體機型的計算機來疏導它的信息通路，學生理解起來就會容易的多。對于考研與本科大綱的出入部分作為擴展內容講解，主要針對有精力或是有考研目標的同學。例如輸入輸出部分的幾種數(shù)據(jù)傳輸方式[2]，要深入到每種方式的具體實施過程，而不是局限于表面的了解。

3 教學方法的改革

在教學方法上，采用啟發(fā)式教學和習題檢測等相融合的方法，注重重點的突出、難點的突破。另外，留給學生實踐作業(yè)，采用課堂鼓勵等方式調動學生的興趣及積極性。使學生能夠理解單處理器計算機系統(tǒng)中各部件工作原理、組成結構及相互連接方式，具有完整的計算機系統(tǒng)的整機概念，掌握指令集體系結構的基本知識和基本實現(xiàn)方法，最終能運用課堂所學理論知識對有關計算機硬件系統(tǒng)中的理論和實際問題進行計算和分析，并能對一些基本部件進行簡單設計。

4 教學手段的改革

教學手段上主要采用板書加多媒體及Proteus仿真軟件并用的方式進行教學。板書盡量用言簡意賅的詞語來描述問題，讓學生學起來達到簡單易懂的效果。對于將計算機的比較抽象復雜些的內部結構可以采用多媒體課件及Proteus仿真軟件將其工作原理和工作過程直觀形象地演示出來。

5 實踐教學環(huán)節(jié)的改革

實踐教學環(huán)節(jié)主要由實驗和課程設計兩部分組成，因為實驗學時有限，可以設計一定數(shù)量的實驗項目、驗證性實驗，加深學生對各計算機部件的組成和工作原理的進一步理解； 在課程設計期間可以因材施教，讓學生綜合運用所學計算機組成原理知識，采用Proteus仿真軟件，人為模擬各部件單元中的控制信號實現(xiàn)常用部件電路及之間的信息通路的設計，對于有能力且勇于創(chuàng)新的同學，可以利用EDA技術，自主設計一個組合邏輯控制器模型機，因為EDA技術很多學校計算機專業(yè)學生未開設此門課程，所以此實驗需要學生有一定的EDA基礎才能實現(xiàn)。通過實踐教學環(huán)節(jié)，進一步加強學生理論知識與應用相結合的實踐和鍛煉，培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題和設計的能力。

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?掌握設計CPU的方法、步驟和具體的技能

?具備邏輯上設計計算機的能力

?熟悉現(xiàn)代微機所采用的新技術，了解下一代CPU發(fā)展的新動態(tài)

為體現(xiàn)深入淺出的教學方法，本文提出了對通用CPU進行分類的觀點，以達到更好的教學效果。

關鍵詞　教學改革設計CPU

1計算機組成原理課程的教學現(xiàn)狀

計算機組成原理教學大綱都有以下或類似的描述：“計算機組成原理課程是計算機科學各專業(yè)的一門核心課程，本課程的任務是使學習者掌握計算機系統(tǒng)中硬件部分的組成原理，掌握計算機的基本工作原理、計算機各主要部件的硬件結構、相互聯(lián)系和作用，從而對整個計算機系統(tǒng)從硬件角度有完整的了解，為本專業(yè)后繼課程的學習打下基礎。”

顯然這樣的教學大綱很難培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力，更不能滿足我國“十一五”規(guī)劃關于提高自主創(chuàng)新能力的長期戰(zhàn)略目標對人才的需求。毫無疑問，所有“211工程”高校應為國家培養(yǎng)出大批具備創(chuàng)新能力的合格人才。

2改革的思路和目標

現(xiàn)代電子數(shù)字計算機，包括專用電子數(shù)字計算機、通用電子數(shù)字計算機（簡稱計算機或電腦），都是基于馮?諾依曼機（Von Neumann）的理論設計并發(fā)展而成的。

馮?諾依曼機主要由以下五部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。

現(xiàn)代通用計算機和馮?諾依曼機之間的最大區(qū)別是：馮?諾依曼機以“運算器為中心”，現(xiàn)代通用計算機以“存儲器為中心”。

馮?諾依曼機的CPU僅包括運算器和控制器。隨著集成電路平面制作工藝的出現(xiàn)，這兩大部分往往集成在同一芯片上。因此，通常將它們合起來統(tǒng)稱為中央處理器（Central Processing Unit），簡稱CPU。雖然經(jīng)歷了60年的發(fā)展，CPU的內部結構發(fā)生了很大的變化，但其實現(xiàn)的功能（指令控制、操作控制、時間控制和數(shù)據(jù)加工）是不變的。

計算機的核心是CPU，要想真正掌握計算機工作原理，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徑就是掌握設計CPU的方法、步驟和具體的技能。同理，掌握計算機工作原理最有效的方法是學會在邏輯上設計計算機的技能。為了進一步結合實際和拓展同學們的視野，我們分析和講述了當前市場上最先進的CPU及微機所采用的新技術，如CPU的字長、Cache 的大小和級數(shù)、最大和實際的尋址空間、擁有的流水線條數(shù)、超線程、工藝制程和核心電壓、支持的最高頻率和指令集、最新南北橋主要技術指標及前端總線（FSB）的速度和內存帶寬等，拉近了與同學們的距離并激發(fā)了同學們的學習興趣。根據(jù)這一思路，提出學習這門課程應達到如下目的：

?掌握設計CPU的方法、步驟和具體的技能；

?具備邏輯上設計計算機的能力；

?熟悉現(xiàn)代微機所采用的新技術，了解下一代CPU發(fā)展的新動態(tài)。

講述設計CPU知識，首先要解決同學們的思想認識問題。不要一談到CPU就只想到Pentium 4甚至雙核CPU Pentium D。因為CPU有通用、專用、嵌入式系統(tǒng)等多種類型。對于已經(jīng)發(fā)展了60年的通用CPU大致可分為如下幾類：

① 馮?諾依曼型CPU

運算器、控制器

② 現(xiàn)代簡單CPU

運算器、控制器、寄存器（專用和通用）

③ 現(xiàn)代較復雜CPU

運算器、控制器、寄存器（專用和通用寄存器堆）、Cache、流水線

④ 現(xiàn)代復雜CPU

運算器、控制器、寄存器堆、多級Cache、多條流水線

⑤ 雙核（多核）CPU

我們要求掌握的是現(xiàn)代簡單CPU設計方法、步驟和技能，而非高端產(chǎn)品Pentium 4的技術。在此基礎上為日后開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權的專用CPU（如專用于空調機、微波爐、洗衣機等）和嵌入式系統(tǒng)的CPU（用于手機或小汽車等機電一體化）奠定基礎。據(jù)預測到2010年我國對這兩類CPU的需求消耗量將達到6000億元人民幣。這樣，同學們的視野就開闊了。更重要的是學習興趣和自信心都大大提高了。這樣一來，就自然會把同學們被動接受知識轉變?yōu)橹鲃拥膶W習狀態(tài)。從而激發(fā)了他們強大的學習動力，為能達到這樣的學習目標，他們會認真搜集有關資料，會努力配合老師的講課內容和進度做預習和復習。在充分調動了同學們的學習積極性后，為加強同學之間的合作精神，我們布置了一個基于RTL（寄存器描述語言）由兩人一組完成的大作業(yè)――“設計一個現(xiàn)代簡單CPU”（指令集根據(jù)需要而確定。分別用硬布線和微程序兩種方法，并比較兩者的優(yōu)缺點）。

完成這個課題后，同學們馬上就會想到如何提高CPU的速度和功能等問題，通用寄存器、新的數(shù)據(jù)表示、新的指令（保證向上兼容）、雙總線、三總線、Cache、流水線……這正是他們今后能夠深入并有能力解決的問題。

關于設計計算機，我們可以考慮給出一個完整的但不十分復雜的計算機主機板部分作為范例，至少必須包括有CPU、存貯器、I/O端口。這樣同學們就更容易、更具體地掌握CPU和存貯器連接的三類線(數(shù)據(jù)線、地線線、控制線)；體會到存貯器組織的幾種方法（存貯器的位擴展、字擴展、位字同時擴展）；由于有I/O端口，可分別考慮I/O統(tǒng)一編址和I/O獨立編址的設計。通過上述兩個綜合應用的實例能很好地解決同學們普遍存在的“對于課本的內容拆開來都能理解，但合起來就不知所云了”這類致命的學習問題。

絕大多數(shù)同學在做完設計CPU課題后寫出了感想，大家的感受都體現(xiàn)了努力后的那“一分耕耘，一分收獲”的成就感和滿足感，且這種感受是無法用語言表達的。同時又發(fā)現(xiàn)設計CPU不像原先想象中的那么“難以靠近”。2002級4班有一位同學這樣寫到：“由于以往對硬件方面的學多數(shù)只停留在理論，或者是去實驗室作簡單的實驗，而并沒有聯(lián)系實際，去體會它們的工作原理。特別是像CPU這么核心的技術，光懂得原理的話，可能過一兩年又會忘得差不多了。但是現(xiàn)在，不但可以更深刻地體會和學習CPU的工作原理，而且還掌握了一門實踐性很強的技術，我想所有人過十年，二十年后還是不會忘記的。理論離開了實踐，永遠只是虛無的理論，猶如紙上談兵。在目前普遍缺少實踐指導的學習上，老師要求我們增強實踐能力，是反映了同學的心里期望的。盡管這個學期任務非常重，但是大家沒有半句怨言。所以，這說明了設計計算機，設計CPU是我們心里非常想學的東西。因此，我強烈希望這樣的措施可繼續(xù)實施下去，辛苦老師了。”

3實施的成效

計算機組成原理課程教學改革的思路和目標在我們學院已實施了兩屆（第一次是在2002級）。2005年12月5日開始，教育部對我校進行本科教學工作水平評估，并聽取了我講授2003級的該門課程，得到專家組的一致肯定。此外，還可從這兩屆學生的體會、反應和圖1數(shù)據(jù)得出，教學的效果非常理想，教學的目標基本實現(xiàn)。2006年9月在2004級也實施這一改革理念。

為了準確掌握這一改革的真實情況，對2002級（1～6班，回收問卷191份）、2003級（1～5班，回收問卷207份）全級都作了如下的問卷調查：“你認為本學期所進行的《計算機組成原理》課程的教學改革是否有必要？”四選一回答：很有必要、有必要、無意見、無必要。

結果是：回答很有必要 302人、有必要 89人、無意見 5人、無必要 2人。參看圖1。

4結束語

上述強調的“自主知識產(chǎn)權的CPU”在非常時期對國家的安全起到了關鍵性的作用，以導彈和導航系統(tǒng)為例，必須用“有自主知識產(chǎn)權的CPU”才能從根本上完全掌握和控制其發(fā)射和運行軌道的正確性和可靠性。

中國科學院院長路甬祥院士在廣州舉行的“第七屆海內外設計與制造科學會議”作報告時指出：“如過多依賴國外的先進技術而沒有自己的創(chuàng)新，自給率低；高層次人才嚴重缺乏，特別是能參與國際競爭的戰(zhàn)略科學家太少。目前制造業(yè)的許多領域還停留在國際價值鏈分工的低端，改變這種狀況必須在制造業(yè)領域創(chuàng)造中國人自己的設計理論、方法和先進制造工藝技術，創(chuàng)造具有中國自主知識產(chǎn)權的裝備、儀器、工程系統(tǒng)。長期從事計算機應用及研究的專業(yè)人士指出“微處理器的研發(fā)絕對是一個國家的計算機水平的尖端體現(xiàn)”。

大家是否有發(fā)現(xiàn)，形形的 OEM和并非少數(shù)的ODM其實是我國IT產(chǎn)業(yè)的“”。尤其是在硬件方面幾乎處處出現(xiàn)了瓶頸。究其原因使我們不能不正視產(chǎn)業(yè)中的核心技術――CPU!!!

中華民族創(chuàng)造的古老文明，可以說是地球上唯一歷數(shù)千年而不衰的文明。然而，我們也面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，審視我們的科學發(fā)現(xiàn)和技術發(fā)明，唯獨缺少誕生在這片土地上的創(chuàng)新貢獻。問題出在哪里？其中一個因素應該是我們的大學到現(xiàn)在還沒有培養(yǎng)出能掌握這一核心技術的大量合格人才，離創(chuàng)新的路就更加漫長了。

我們正是基于這一目的而邁出的第一步。只要堅持不懈，中華民族設計的各類CPU終有一日能達到世界先進水平。

參考文獻

[1] 孫強南，孫昱東．計算機系統(tǒng)結構［M］．北京：科學出版社，1997．

[2] 白中英．計算機組成原理［M］（第三版）．北京：科學出版社，2001．

[3] 廣州日報.2004-1-19（5）．

[4] 廣州日報.2006-6-21（5）．

[5] 郝柏林，張淑譽．數(shù)字文明物理學和計算機［M］．北京：科學出版社，2005．

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關鍵詞:螺旋式;模型計算機;系統(tǒng)結構;總線;CPU

中圖分類號:G642文獻標識碼:B

1引言

人們認識事物總是由表及里,由局部到整體,由具體到抽象,由低級到高級循環(huán)往復逐步提高的螺旋式過程。在“微型計算機原理及應用”的教學實踐中,面對著僅僅學過“C語言程序設計”和“數(shù)字電子技術基礎”的當代學生,以及伴隨著現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展和廣泛應用不斷涌現(xiàn)出來的新技術、新產(chǎn)品和新應用領域,如何激發(fā)學生們的學習積極性和主動性,培養(yǎng)其綜合應用計算機技術解決問題的能力和創(chuàng)新能力,一直是大家努力摸索的主題。本文基于多年的教學實踐,總結出突出基本原理、理解實現(xiàn)技術、貼近現(xiàn)實、掌握應用方法的螺旋式教學體系。

2理清課程主線、突出基本原理

2.1從具體技術實現(xiàn)中增強感性認識

圍繞計算機的兩個本質特征---存儲程序和自動運行,構建一個簡化的模型計算機。詳細分析其存儲器的結構、存儲單元地址碼、字節(jié)(Byte)、字(Word)、存儲器分配等概念,分析CPU的基本組成、結構和工作過程,展示如何 由程序計數(shù)器PC的值從存儲器(ROM)中取出一條指令,將其中的操作碼放到指令寄存器(IR)中,由指令譯碼器(ID)譯碼后經(jīng)控制部件(CON)產(chǎn)生控制字,對指令中的操作數(shù)完成具體的操作;突出強調存儲程序和通過程序計數(shù)器PC自動指向下一條要執(zhí)行的指令在存儲器中的地址,從而程序啟動后就自動地由第一條指令執(zhí)行到最后一條停機指令。結合其工作過程的分析,說明了連接CPU、存儲器、I/O接口的總線概念;以建立完整的微型計算結構、組成和工作原理的概念視圖;進一步深入分析控制部件(CON)的組成、工作原理,說明指令譯碼器(ID)如何將不同的指令操作碼譯為不同的高、低電平信號,在機器節(jié)拍的配合下經(jīng)控制矩陣產(chǎn)生出所需的控制字。

隨后給出幾個程序設計示例,全面、直觀、具體地認識微機系統(tǒng)的硬件組成、工作原理和應用程序設計;并自然地從提高計算機系統(tǒng)性能的角度引入流水線技術、高速緩沖存儲器技術(Cache)、虛擬存儲器技術等現(xiàn)代技術在微機中的應用,完成螺旋式認知過程的第一輪循環(huán)。實踐表明:在此模型計算機硬件和指令系統(tǒng)的分析應用過程中,很好的消除了學生對計算機概念抽象、工作原理神秘感,達到了激發(fā)學生探究知識的興趣和增強學習主動性的目的。

2. 2 適時引入典型內容、做好跨越準備

以8086CPU為代表的16位微機系統(tǒng)在以下幾個方面對進一步學習32位機系統(tǒng)提供了技術踏腳石:

(1) 大容量(1MB)內存儲器管理,引入分段技術

由220 = 1M可知需要20位的地址才能尋址1MB存儲空間,而CPU內的段寄存器都是16位的,無法直接存儲這20位地址;為此將1MB的內存空間分成16個段,每段64KB,這樣就可以在段內用16位地址尋址了。

(2) 中斷系統(tǒng),引入了中斷向量表

通過設置中斷向量表,使得由中斷類型號可以方便地獲得中斷向量。

(3)I/O接口系統(tǒng)

引入16位端口地址,使系統(tǒng)可以管理216 = 64K個I/O端口。

有前面的學習內容作基礎,配合這部分的詳盡原理圖,多數(shù)同學都能順利完成對微機系統(tǒng)結構、工作原理、匯編語言程序設計、I/O接口設計和應用能力的再一次提高;通過分析程序存儲器,提出了該系統(tǒng)難以對用戶的應用程序提供保護功能;內存容量的進一步增大受到限制;一次只能進行一個用戶的一個任務;系統(tǒng)吞吐量(每秒執(zhí)行指令數(shù))的提高受到限制等,自然引入以Pentium系列微處理器為代表的32位微處理器。

2.3順利過渡、貼近現(xiàn)代技術水平

以介紹解決上述問題的各種技術探索為契機,自然地引入32位微處理器Pentium從體系結構上的概念性的改變和革新。如先進的CISC和RISC相結合的技術、超標量流水線技術和分支預測技術,普遍采用流水線和指令重疊執(zhí)行技術、虛擬存儲技術、片內二級存儲管理技術。

詳細介紹Pentium的實地址方式、保護方式、虛擬8086方式的特征和它們之間轉換過程,以及Pentium的保護技術,充分體現(xiàn)現(xiàn)代微處理器如何實現(xiàn)向上兼容、對多用戶多任務的實現(xiàn)和對各級程序的保護等核心技術。

在其實現(xiàn)技術上,通過段寄存器和描述符以及保護方式的尋址機制的介紹,深刻理解和掌握Pentium微處理器的分段、分頁技術;對四個特權級的描述,進一步從整體上全面認識現(xiàn)代微處理器保護技術。

為了增強同學們對計算機技術的應用能力,對總線技術的學習是必不可少的。在眾多的各類總線技術中,選擇現(xiàn)在廣泛流行的PCI總線,從其系統(tǒng)結構、信號、命令類型、中斷及響應、編址及數(shù)據(jù)傳輸技術等方面展開學習;再簡單介紹外部總線如IDE、EIDE和SCSI及RS―232C等內容,使同學們面對電腦能夠有條理地進行分析和解決一些實際應用問題,完成螺旋式認識過程的又一次飛躍,也為進一步提高計算機應用水平和能力打好基礎。

3理解實現(xiàn)技術,突出工程技術特點

在計算機教育領域,長期存在著教育的發(fā)展滯后于現(xiàn)實需求的現(xiàn)象,理論是高高在上的思辨,而經(jīng)驗則是最基本的實踐規(guī)則。理論不足以說明經(jīng)驗,經(jīng)驗也無法凝聚于理論結構之中。

為了走出這一困境,應該在計算機系統(tǒng)結構(Computer Architecture)、計算機組成(Computer Organization)、計算機實現(xiàn)(Computer Implementation)這三個層次建立有機的聯(lián)系。

在以8086/8088為CPU的微型機系統(tǒng)結構中,其組成原理相對經(jīng)典和簡單,在系統(tǒng)實現(xiàn)技術中的核心是各類部件間的接口設計;通過分析其工作時序圖,結合有關器件的工作原理尤其是I/O特性、負載特性等,不難設計出系統(tǒng)的物理實現(xiàn),如針對8086CPU的 和16位地址/數(shù)據(jù)復用總線,由工作時序圖就可看出需要由地址鎖存允許信號ALE控制鎖存器對其進行鎖存。

在以Pentium為CPU的微型機系統(tǒng)中,其實現(xiàn)技術就復雜得多。只有從各種總線技術、總線標準和控制芯片組等方面著手,才能清楚地說明Pentium微型計算機的總體結構、組成和實現(xiàn)技術。

4深化課程改革,培養(yǎng)學生綜合應用能力

長期以來,“微機原理與應用”課程相對于有些課程而言,一直有“老師難教,學生難學”的說法。經(jīng)過多年的探索和交流,我們逐步清晰地認識到產(chǎn)生這種結果的方方面面,除了日新月異的各種微機新技術、新產(chǎn)品和新應用領域的技術推動、“老師講得多,學生理解的少”外,最主要的就是老師希冀以包辦的方式來傳授知識,忽視了學生學習的積極性和主動性的培養(yǎng);日積月累,直接導致了教學效果與目的的背離、壓抑了學生的創(chuàng)新能力并損害了他們的學習積極性和主動性。只有在現(xiàn)代教育理念指導下,對教學體系進行切合實際的改革,才能走出困境。

通過對課程自身進行縱向和橫向的分析,確定重點和難點。充分應用網(wǎng)絡教學手段,建設網(wǎng)上精品課程,在網(wǎng)絡平臺上向學生提供教學大綱、電子教案、網(wǎng)上答疑、并推薦網(wǎng)絡教學資源;利用網(wǎng)絡這一現(xiàn)代教學手段,打破傳統(tǒng)教學在時間和空間上的限制;鼓勵學生提出問題、提出解決方案,課堂上大家進行交流。

通過加大綜合性、設計性實驗的比重,增強學生的動手能力、規(guī)范實驗報告的撰寫;對教學計劃中安排有課程設計的專業(yè),還通過對設計題目、內容、方案的開放,對實驗室的開放,營造一個激發(fā)同學們創(chuàng)造性設計的環(huán)境;如本院電氣專業(yè)一位同學提出了計算機在餐飲業(yè)的新應用設計方案;

Intel公司的創(chuàng)始人之一Gordon Moore曾預言:“電子計算機CPU的性能每18個月就會翻一番”。面對這樣裂變式的知識爆炸時代,優(yōu)化教學內容和方法、豐富教學手段無疑是所有可采取措施中的首選。

在全方位研究各基本概念和過程的本質特征后,設計直觀、簡明和有深刻印象的方法將它們介紹給學生,并用類比、演繹、歸納等方法使兩者間建立直觀聯(lián)系,是達到良好教學效果的有效途徑;如介紹中斷系統(tǒng)時,將中斷信號的異步特性比做手機的鈴聲,何時會響鈴聲事先一般是不知道的,一旦響了,就提出了中斷請求,能否響應這個請求是受允許位控制的;若允許響應,就可暫停當前的工作去接聽電話,聽完后再自動回來接著做原來的工作;若不允許響應,就不能夠接聽,該中斷請求就被屏蔽了。

5結束語

人們對事物的認識規(guī)律總是由低級到高級,由局部到整體,由表象到本質循環(huán)往復、螺旋式上升的;“微機原理與應用”課程直接面對計算機技術日新月異的新技術、新產(chǎn)品和新應用領域的擴充,如何在安排的課時內使學生掌握計算機的有關基礎知識、應用能力,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力并貼近現(xiàn)實,迫切需要有符合認知規(guī)律的教學體系來協(xié)同支持。

參考文獻:

[1] 鄭學堅,周斌. 微型計算機原理及應用[M]. 3版. 北京:清華大學出版社,2001.

[2] 戴梅萼,史嘉權. 微型計算機技術及應用[M]. 4版. 北京:清華大學出版社,2008.

[3] 寧飛,王維華,孔宇. 微型計算機原理與接口實踐[M]. 北京:清華大學出版社,2006.

篇5

關鍵詞:核心課程;教學與實驗體系;一體化教學

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后,無論是萬億次大型計算機系統(tǒng)還是小型嵌入式計算機系統(tǒng),一個計算機系統(tǒng)的基礎構成大致可以分為硬件、操作系統(tǒng)及應用程序三部分。在現(xiàn)代計算機應用中,為了構造一個功能完備、性能優(yōu)良的計算機系統(tǒng),設計人員必須綜合考慮應用程序行為、編譯優(yōu)化、操作系統(tǒng)、處理器等各個環(huán)節(jié),特別是這些環(huán)節(jié)之間的相互作用關系。與此相對應,編譯器、操作系統(tǒng)及計算機硬件(尤其是處理器)三部分已經(jīng)形成了如圖1所示的密切配合、相互影響、彼此滲透的緊密關系。為此,現(xiàn)代計算機系統(tǒng)設計人員必須掌握軟硬件一體化設計方法。

有鑒于此,我們認為合格的計算機專業(yè)人才應能夠深刻理解計算機系統(tǒng)的各組成要素及其工作原理,初步掌握現(xiàn)代計算機軟硬件系統(tǒng)設計和開發(fā)的新方法與新工具,建立軟硬件一體化設計的系統(tǒng)觀,掌握計算機整體結構,并具備一定的工程能力和團隊精神。

1背景及存在的問題

隨著計算機技術的普及,越來越多的高校畢業(yè)生進入IT領域工作。這些人中不僅有計算機專業(yè)的畢業(yè)生,也有大量其他非計算機專業(yè)人員。在與這些非計算機專業(yè)人員的競爭中,計算機專業(yè)的學生并未表現(xiàn)出明顯的專業(yè)優(yōu)勢。

造成這一現(xiàn)象的原因是什么?帶著這個問題,我們對計算機學科核心課程,包括“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“高級語言程序設計”、“數(shù)據(jù)結構與算法”、“計算機組成原理”、“計算機接口與通訊”、“EDA技術”、“編譯技術”、“操作系統(tǒng)”、“軟件工程”及“計算機系統(tǒng)結構”等,重點在教學內容及課程之間的銜接關系兩個方面進行了全面深入的分析,同時對國內外20多所研究型大學特別是Berkeley、MIT、CMU等幾所著名高校的課程設計和清華、北大的課程設計進行了調研。 文章內容：

調研結果表明,當前我院本科課程體系所面臨的主要問題是各門課程各自獨立、封閉、完備,各課程知識體系間缺乏相互承接,不具備足夠的完整性。具體體現(xiàn)在:

(1) 不同課程知識內容難以建立相互關聯(lián)關系。當前課程數(shù)量較多,涉及的知識內容廣泛。但由于整個課程體系缺乏一體化設計的思想,因此各門課程知識點相對獨立、各成體系,缺乏良好的銜接,部分課程在知識內容講授上甚至存在一定的重復。

(2) 實驗環(huán)節(jié)相對薄弱。主要體現(xiàn)在兩個方面。首先是缺乏足夠的實驗深度即現(xiàn)有實驗體系中外特性體驗實驗偏多,而功能設計類實驗不足;其次由于部分課程的實驗方法、實驗平臺及實驗工具未能及時更新,因此學生無法掌握當前流行的設計方法和工具,不利于今后的工作和學習。

(3) 學生難以掌握計算機及系統(tǒng)軟件整體核心概念。受教學內容的影響,核心課程的實驗內容相互間缺乏足夠的連貫性,致使學生無法形成完整的整機概念,難以理解軟硬件一體化設計思想。此外課程門數(shù)過多占用了過多的課時,導致實驗環(huán)節(jié)缺乏足夠的課時。

因此,完善課程體系建設,加大課程實驗環(huán)節(jié)的深度和難度,構建一體化的教學實驗體系,將更多的工程實際問題引入教學實驗,成為解決這一問題的關鍵。

2指導思想

在計算機學院的支持下,經(jīng)過相關教師的多次討論,形成了一體化教學實驗體系改革的總體思路:

(1) 簡化課程門數(shù),突出課程教學深度。通過簡化課程門數(shù),增加核心課程的課時數(shù)(尤其是實驗環(huán)節(jié)所需的課內課外時數(shù)),從而進一步突出教學深度,使學生對計算機系統(tǒng)的各組成要素能夠更加深入透徹的理解。

(2) 理論與實踐相結合,突出實驗環(huán)節(jié)。課堂教學與實驗教學密切配合,通過配置各類不同難度的實驗,以及在實驗中使用流行的工具設計軟件與硬件環(huán)境,不僅使得學生掌握新方法與新工具,更為重要的是使得學生對計算機系統(tǒng)的感性認識與理性認識得到增強與提高。

(3) 通過小組實驗環(huán)節(jié),培養(yǎng)團隊能力。通過分組實驗環(huán)節(jié)(每組成員3人為宜),培養(yǎng)學生在現(xiàn)代以團隊為基礎的工作環(huán)境中能夠完成一個復雜工程系統(tǒng)包括構思、設計、實現(xiàn)及運行的全流程,初步具備實現(xiàn)復雜工程系統(tǒng)所需要的工程能力。

本次教學實驗體系改革共涉及5門基礎核心課程,包括:“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“計算機組成原理”、“編譯技術”、“操作系統(tǒng)”。我們擬以MIPS指令系統(tǒng)為基礎,讓學生在本科學習過程中自主開發(fā)一個可實際運行操作系統(tǒng)與應用程序的小計算機系統(tǒng),使學生能夠掌握計算機系統(tǒng)的各組成要素,深刻理解其工作原理,學習計算機軟硬件系統(tǒng)設計和開發(fā)的新方法與新工具,具備計算機專業(yè)人員的基本素質。

3目標及規(guī)劃

3.1總體目標

通過對5門基礎核心課程的教學與實驗環(huán)節(jié)的一體化設計,綜合設計教學與實驗內容,構建系統(tǒng)化的實驗體系,使得學生有能力設計一臺功能型計算機、研發(fā)一套編譯器和一套操作系統(tǒng),最終形成一個相對完整的功能型計算機系統(tǒng)。

我們期望通過本實驗體系的系統(tǒng)化訓練后,學生不僅能夠建立計算機系統(tǒng)觀,而且能夠培養(yǎng)工程實施經(jīng)驗和能力,并錘煉團隊合作精神。

3.2以一體化實驗體系為核心的基礎核心課程體系

為了本次教學實驗改革的指導思想,形成一體化的教學實驗體系。具體方法是,圍繞完成一個功能型計算機系統(tǒng)所必需核心知識,突出重點,將目前開設的“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“高級語言程序設計”、“數(shù)據(jù)結構與算法”、“計算機組成原理”、“計算機接口與通訊”、“EDA技術”、“編譯技術”、“操作系統(tǒng)”、“軟件工程”及“計算機系統(tǒng)結構”等課程綜合出“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“計算機組成原理”、“編譯技術”及“操作系統(tǒng)”等5門基礎核心課程,并形成基礎核心課程體系。其他課程則以此為基礎,分別形成面向計算機軟件與理論、計算機系統(tǒng)結構和計算機應用三個方向的專業(yè)課程體系。計算機學院全體本科生必須學習全部5門基礎核心課程,并根據(jù)各自的方向研修相應的方向課程體系。

通過5門基礎核心課程的學習,計算機學院本科生將能夠深入的理解計算機各組成要素的構成及其工作機理,建立正確的整機觀念,樹立軟硬件一體化設計思想,初步具備從事工程設計的能力和團隊精神,為今后進一步學習各方向課程打下堅實的基礎。

在5門基礎核心課程體系中,“數(shù)理邏輯”以布爾邏輯為基礎,使學生掌握根據(jù)需求采用邏輯描述的方法和能力;“數(shù)字邏輯”講授了數(shù)字電路的基本知識、基本概念,以及數(shù)字系統(tǒng)常規(guī)基礎部件的基本原理;“計算機組成原理”講授了包括處理器、指令系統(tǒng)在內的計算機硬件基本組成及其工作原理,系統(tǒng)介紹計算機組織的設計和基本框架;“操作系統(tǒng)”講授了操作系統(tǒng)的4大組成及其工作原理,以及并發(fā)性、共享性、虛擬性等操作系統(tǒng)的基本特性;“編譯技術”講授了編譯器設計的主要主題,包括詞法分析、語法分析、中間代碼生成、代碼生成、代碼優(yōu)化等。

篇6

如今，微型計算機不但被廣泛使用還影響著人們的工作、生活以及思維方式。在2011年，有人對在校大學進行過一個調查：如果沒有計算機，試問晚上你會做什么？就這么一個簡單的問題，居然讓很多人一臉茫然。這個調查僅僅在學校進行，事實上社會上使用計算機的頻率更高。能夠熟練使用微型計算機的人比較多，但是又有多少人了解微型計算機的工作原理。在這樣形勢下，探析微型計算機原理與應用就必備了現(xiàn)實意義。

1 微型計算機系統(tǒng)組成

對于一臺微型計算機來說，由軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同組成的。其硬件系統(tǒng)主要是構成計算機的電子元器件、電子線路以及機械裝置等各種物理設備；而軟件系統(tǒng)主要是程序以及有關的程序技術文檔資料。而這兩個部分僅僅是大劃分，它們下面分別又化成了許多重要的組成部分。

1.1 微型計算機硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備與輸出設備5部分組成。下面分別就這5部分進行適當闡述。

1）運算器。在微型計算機中，運算器就是一種執(zhí)行部件，所承擔的任務就是對信息進行加工處理；其運算的方式主要有加減乘除與與或非、異或、同或以及邏輯運算。

2）控制器。該部件主要是微型計算機的控制中心。其中最主要的控制部件是cpu，也是整個微型計算機的指揮中心，用來協(xié)調整個計算機的工作，進而來完成程序信息，并經(jīng)過輸出設備輸送出去。

3）存儲器。這部分就相當于微型計算機的倉庫，用來存放計算機中的數(shù)據(jù)與程序；而程序是微型計算機用來操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是微型計算機用來操作的對象。

4）輸入設備。該設備的主要功能就是將用戶的信息以指令形式傳送到計算機中，傳送過程中還要將信息處理成計算機能夠識別的信息，最具代表性的就是鍵盤、鼠標。

5）輸出設備。將微型計算機的處理結果按照一定方式傳送出去，共用戶使用。最具代表性的就是顯示器；

1.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)所包含的內容是非常豐富，要對其具體分類十分困難，因此，按照系統(tǒng)的功能不同，可以劃分為應用軟件與系統(tǒng)軟件；所謂的系統(tǒng)軟件主要是指對微型計算機進行管理、調度、監(jiān)視以及服務等，比如操作系統(tǒng)就是典型的系統(tǒng)軟件；而應用軟件且是利用計算機作為操作平臺來解決生活中實際問題的程序，比如outocad軟件就是利用計算機來畫圖軟件。

2 微型計算機原理

多年以來，很多人都在對微型計算機的原理進行研究。但是相比之下，最為成功、全面的還是1946年由數(shù)學家馮.諾依曼出來的工作過程，如圖1所示。

從該流程中可以發(fā)現(xiàn)，其整個工作原理可以按照如下進行。

首先用戶要將自己的意圖編寫成程序，然后將這些程序按照指令形式傳輸給微型計算機，就計算機就能夠按照這些程序去執(zhí)行程序。當輸入設備將用戶的指令傳送到微型計算機內存中，cpu就會按照指令的先后順序開始執(zhí)行，讓各個部件自動去執(zhí)行。

要探討微型計算機原理，就一定要清楚存儲單元，事實上存儲單元就相當于一個房間（本文就比喻成房間），其中存放的是機器語言，即二進制；對于存儲單元來說，主要有兩個特征：①存儲單元這個房間中存放的僅僅是內存中某一個房間上面的房間號碼，無論何時，這個房間號碼都可以任由cpu使用；②存儲單元具備自動增加一個房間的功能。

圖1 微型計算機結構圖

現(xiàn)在用例子的形式來闡述微型計算機原理：某用戶通過程序給微型計算機發(fā)出三條指令，這3個指令就放進內存中的201、202、203三個房間之中，那么按照處理順序201首先被放進了存儲單元；cpu在微型計算機中查詢就只能查到201，就從內存之中取出201房間指令并按照要求執(zhí)行；但201房間的指令被執(zhí)行完之后，存儲單元會自動增加一個成為了202，當cpu再到內存之中查詢存儲單元之時，就會自動到202之中了，就會從202中取出指令并且按要求執(zhí)行。按照中工作模式，微型計算機在無人參與情況下，就會自

轉貼于

動的按照順序執(zhí)行程序，一直到存儲單元中的所有程序全部被執(zhí)行。

3 微型計算機的應用

隨著微型計算機技術的飛躍發(fā)展，已經(jīng)被人們普及使用了。具體而言，微型計算機主要應用在如下幾個方面。

1）科學計算和處理數(shù)據(jù)。在工程設計、科學研究以及社會經(jīng)濟管理規(guī)劃等行業(yè)中有著復雜的數(shù)學計算，比如：處理航天的測控數(shù)據(jù)、計算衛(wèi)星的軌道等，如果依靠人做是不可能完成，就必須要利用微型計算機來處理數(shù)據(jù)。

2）辦公自動化和信息管理?，F(xiàn)在很多大型企業(yè)、國家一些部門所管理內容較多，具有一個龐大的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。比如：人事檔案管理、生產(chǎn)計劃管理以及購銷合同管理等。只有科學合理的使用微型計算機，進行辦公自動化以及信息管理。比如國家對人口的身份信息管理就是一個比較龐大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，過去依據(jù)人來管理經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，連身份證號碼都出現(xiàn)重號、錯號等現(xiàn)象，但采用微型計算機管理之后，不但規(guī)范了管理還大大降低了這些錯誤。

3）自動化儀表儀器。對于一起儀表的安裝之中，使用微型計算機之后能夠增強儀器儀表的功能，提高其使用性和可靠性，同時還減小了儀器儀表的體積和重量。

4）教育、文化娛樂以及家用。在教育中已經(jīng)普遍采用計算機輔助教學，目前已經(jīng)成為了主要教學手段，就是使用多媒體技術也必須要通過微型計算機這個平臺來實現(xiàn)。而且利用微型計算機結合多媒體形成了組合影像設備，已經(jīng)走進了千家萬戶，成為了人們生活提高的象征。

篇7

關鍵詞：CPU；主板；供電電路；電源控制芯片

中圖分類號：TP307文獻標識碼：A文章編號：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供電電路為CPU提供電能，保證CPU在高頻、大電流工作狀態(tài)下穩(wěn)定地運行，滿足正常工作的需要，是計算機主板中唯一工作在大電流狀態(tài)的供電電路單元，由于供電電路元器件發(fā)熱量較大，市網(wǎng)的強電磁脈沖及周圍環(huán)境條件因素也能影響到本供電電路，所以它是計算機主板中故障率最高的部位。另外一方面，該供電電路是采用脈沖寬度調制的開關直流穩(wěn)壓電源，不同計算機主板其供電電路結構基本相同，故障也有一定的規(guī)律可尋，只要了解它的電路工作原理，就能掌握該電路的維修技術，有一定的實際意義，減少大量的維修時間。

二、CPU 供電電路的組成與工作原理

CPU供電電路通常采用PWM（Pulse width Modulation，脈沖帶寬調制）開關電源，該部分電路主要是由場效應管（MOSFET）、PWM控制芯片、扼流線圈、儲能線圈、濾波電容和電阻等元器件組成。它將12V或5V主電壓轉化成高精度的CPU Vcore供電電壓。附圖是某品牌G31芯片組計算機主板上CPU供電電路的組成部分，本供電電路采用INTESIL公司生產(chǎn)的ISL6556和HIP6601B芯片組以及場效應管（MOSFET）等電路所組成。來完成對四相供電開關管的驅動。ISL6556是高精度多相PWM控制器，它可以支持新一代VRlO處理器的供電需求，ISL6556是主控制芯片，HIP6601B 則是MOSFET開關晶體管的驅動芯片。當按下主板上的開機按鍵后，ATX電源就會輸出+5V的供電電壓，這個電壓加到PWM控制芯片DU10（ISL6556BCR）的VCC腳，為PWM控制芯片提供工作電壓。

ATX電源輸出的“電源正?！毙盘柦?jīng)過相關電路處理后，送到PWM控制芯片DUlO（ISI6556BCR）的PGOOD腳，使PWM控制芯片復位。PWM控制芯片復位后，內部振蕩器開始振蕩，從PWM1、PWM2、PWM3、PWM4腳輸出四路PWM波形信號，

PWM控制芯片DU1O（ISL6556BCR）的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4腳輸出的四路PWM波形信號，分別經(jīng)過兩個相位控制集成電路HIP6601B后，分別輸出8個反相（4相）的控制信號，控制16個場效應管的導通與截止（每相采用4個場效應管兩兩并聯(lián)）。

L2-L5是儲能電感，這些電感的一端分別與每一相電源的控制場效應管相連，另外一端并聯(lián)，將這四相輸出電壓并聯(lián)后，再經(jīng)過多個電解電容濾波，得到平滑穩(wěn)定的電壓供應給CPU。Ll是濾波電感，將CPU輔助供電插座輸入的+5V電壓濾波后，送到電源控制電路。

輸出的四路電壓經(jīng)過四個2.7kΩ的電阻，分別耦合到PWM控制芯片DUlO（ISL6556BCR）的ISEN1、ISEN2、ISEN3、ISEN4腳，作為電流檢測信號，經(jīng)過DUl0（ISL6556BCR）的內部電路處理后，改變輸出PWM脈沖的占空比，使得各相輸出電壓的負載基本相等，實現(xiàn)過流保護。

PWM控制芯片DUlO（ISL6556BCR）的ENLL腳是“基準電源正?！毙盘柕臋z測電路。當基準電源（基準電源一般由三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到）正常時，ENLL腳為低電平，內部電路開始工作，為CPU供電。若基準電源不正常，則ENLL腳為高電平，內部的振蕩器停止丁作，切斷對CPU的電壓供應。

DUlO（ISL6556BCR）的EN腳是使能控制端，該端控制信號由I/O芯片輸出，正常工作時，該腳電壓高于1.24V。

目前計算機主板比較常用的CPU供電電路主控制芯片還有美國ANNALOG公司的ADP3168+ADP3418芯片組、RichTeck公司的RT9248A+RT9603芯片組、INTESIL公司的ISL6566單芯片控制電路等，它們的工作原理相同，供電電路也基本大同小異。只要掌握了它們的工作特點，有基本的維修工具，如恒溫焊臺、熱風槍，就能夠順利進行故障的排除工作。

三、計算機主板CPU供電電路常見的故障分析

（一）供電電路無輸出電壓導致CPU 不工作

CPU供電電路無輸出電壓而導致CPU不工作（不開機自檢）是電腦主板最常見的故障之一。這種故障常常是由下列原因所致：

1.電源管理芯片。

電源管理芯片損壞后，也將導致CPU主供電沒有電壓輸出，在加電情況下，將無法控制場效應管的工作，無法為CPU供電，首先測量電源管理芯片工作條件是否滿足，來判斷芯片是否損壞，導致主板CPU不工作并不一定是由其CPU供電電路引起的，如主板上的石英晶體振蕩器損壞、時鐘電路工作不正常，CPU自然也就無法工作了。

2.場效應管由于工作過程中過載、過熱等引起擊穿的現(xiàn)象。

場效應管損壞，將導致CPU主供電沒有電壓輸出，一般“低端管”損壞。因為在高端管截止的瞬間儲能電感會產(chǎn)生較高的反峰壓，容易造成低端管的損壞。所以在維修時應首先檢查此場效應管是否正常，當控制芯片ISL6556檢測到輸出場效應管狀態(tài)異常時會停止對HIP6601B驅動芯片的輸出信號，確保CPU不被損壞。

（二）電腦使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)重啟現(xiàn)象

這種故障現(xiàn)象有多種原因。首先排除計算機軟件故障、硬盤、內存等引起本故障的因素后，就可以打開機箱檢查與CPU插座附近一排電解電容是否有“爆漿”現(xiàn)象。導致CPU供電電壓不正常、不穩(wěn)定均，從而造成本故障現(xiàn)象。如果CPU供電電路元件長期發(fā)熱或周圍的溫度過高，容易造成電容的電解液干枯、漏電以至損壞。

CPU是整個計算機系統(tǒng)的主板核心部分，是計算機三大主要部件之一。CPU正常工作必須要有穩(wěn)定、干凈的直流電源才行。如果CPU供電電路的濾波電容損壞，就會影響到輸出電壓的平穩(wěn)性，很容易造成死機等現(xiàn)象

（三）濾波電容導致主板工作不穩(wěn)定

這種故障往往會導致無法正常提供CPU供電或主板工作不穩(wěn)定，這種主板故障的電腦往往不能正常啟動到視窗工作界面，有時甚至一開機就死機或重啟。

四、結束語

CPU供電電路是主板上極其重要而且容易出現(xiàn)故障的一部分電路。掌握了它的工作原理和故障特點，就能夠比較容易的維修好這部分電路，提高主板維修的效率。

篇8

2、計算機在運行時，先從內存中取出第一條指令，通過控制器的譯碼，按指令的要求，從存儲器中取出數(shù)據(jù)進行指定的運算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結果送到內存中去。接下來，再取出第二條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。

依此進行下去。直至遇到停止指令。程序與數(shù)據(jù)一樣存取，按程序編排的順序，一步一步地取出指令，自動地完成指令規(guī)定的操作是計算機最基本的工作原理，這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學家馮.諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮.諾依曼原理，馮諾依曼體系結構計算機的工作原理可以概括為八個字：存儲程序、程序控制。

3、存儲程序：將解題的步驟編成程序（通常由若干指令組成），并把程序存放在計算機的存儲器中（指主存或內存）。

篇9

關鍵詞：計算機網(wǎng)絡；課程；知識；系統(tǒng)化

計算機網(wǎng)絡課知識很多，而且錯綜復雜，教材一般是將計算機網(wǎng)絡內容按“塊”組織并展開的，如計算機網(wǎng)絡概述、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層、網(wǎng)絡安全、網(wǎng)絡應用等。同樣，授課一般也是依教材的內容和次序進行組織，一塊一塊內容、一堂課一堂課講解，因此，學生積累的是點，最多也就是面的知識，而計算機網(wǎng)絡是一個系統(tǒng)，學生僅僅掌握面的知識不是課程的目的，把面的知識變成立體的知識并形成系統(tǒng)，知識才能活起來、才能有用。

目前，計算機網(wǎng)絡課程教材均沒有對計算機網(wǎng)絡知識進行梳理、總結的內容。在計算機網(wǎng)絡課程內容介紹完成后，對計算機網(wǎng)絡課程內容進行梳理總結很重要。通過教學實踐，我們發(fā)現(xiàn)采用穿插、聯(lián)系和系統(tǒng)的方法能夠讓學生將學到的知識形成系統(tǒng)。

1構建和配置網(wǎng)絡系統(tǒng)

1.1從簡單網(wǎng)絡及其配置說起

兩臺計算機通過雙絞線連接起來，說明雙絞線4根線的作用、水晶頭連線的做法、連通檢測工具，交叉線和直通線用法。兩臺主機配置IP地址、子網(wǎng)掩碼，用Ping檢查網(wǎng)絡是否連通，將文件夾作為共享資源。通過Ping命令的功能復習ICMP協(xié)議。

通過共享集線器或者交換機連接主機組成小的

局域網(wǎng)。結合本校網(wǎng)絡實驗室設備，配置交換機的IP地址，配置VLAN，檢查VLAN配置是否正確。據(jù)此，介紹共享集線器工作原理、特點、工作的層、網(wǎng)絡的拓撲結構。介紹交換機工作原理、特點、工作的層，區(qū)分半雙工和全雙工工作方式，由交換機組成的VLAN工作原理、應用場合。

在這個基礎上，系統(tǒng)介紹以太網(wǎng)的組成、以太網(wǎng)的擴展(包括中繼器、網(wǎng)橋、集線器的級聯(lián))、高速以太網(wǎng)等。

通過路由器連接兩個局域網(wǎng)，結合本校網(wǎng)絡實驗室設備，配置路由器的IP地址、靜態(tài)路由表，主機IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關。據(jù)此，介紹路由器的工作原理、路由表及其形成。進一步通過2個路由器連接3個網(wǎng)絡，其中中間是廣域網(wǎng)，并以此作為一個小的自治系統(tǒng)，配置路由器的內部網(wǎng)關協(xié)議RIP。在這個基礎上，總結自治系統(tǒng)及其內部網(wǎng)關協(xié)議IGP和外部網(wǎng)關協(xié)議EGP。

如果有可能，可以對幾個典型的網(wǎng)絡案例進行分析[1]。

1.2從接入互聯(lián)網(wǎng)談起

通過本地IP地址和全局IP地址，引入服務器、NAT和VPN。分別介紹它們的工作原理、應用場合、上網(wǎng)的特點。

通過家庭上網(wǎng)，介紹ADSL工作原理、連接方法。介紹家庭無線路由器工作原理、連接方法、上網(wǎng)的特點。

介紹一個單位網(wǎng)絡的基本構成，包括拓撲結構、傳輸介質、設備配置、結構化布線方案和接入因特網(wǎng)方法。拓撲結構主要突出星型結構，傳輸介質主要突出雙絞線和光纖。以自己熟悉的當前運行的單位或者政府(例如區(qū))網(wǎng)絡為例進行分析。通過碰撞域和信號不失真?zhèn)鬏斁嚯x解析采用傳輸介質的最大長度。

介紹工業(yè)現(xiàn)場典型網(wǎng)絡構成、拓撲結構、設備配置。拓撲結構主要突出總線結構，同時介紹RS485和CAN總線等。設備包括PLC、工控機和嵌入式裝置。

介紹本校校園網(wǎng)的構成(包括校內無線網(wǎng))、本城市內校園網(wǎng)的連接、如何連入中國教育與科研網(wǎng)[2]。

2把IP地址及其相關問題聯(lián)系在一起

先提出下列問題：“如果學生宿舍兩臺計算機通過集線器連在一起，如果IP地址分別配置成192.168.1.1和192.168.2.1，這兩臺計算機是否無法打交道？”學生當然是能夠回答的。但如果提出“計算機為什么要同時采用IP地址和硬件地址？”這個問題，有不少學生說不到位。課程總結時，通過第一個問題，復習IP地址的分類、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡號、主機號等。通過IP地址分類的缺限，介紹子網(wǎng)和超網(wǎng)(CIDR)原理、計算方法及其與它們有關路由器查找路由算法的變化。通過IP地址存在的問題，對IPV6主要特點作個介紹。

通過第二個問題，介紹IP地址用于找到目的主機所在的網(wǎng)絡，而在同一個網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)采用的是數(shù)據(jù)鏈路層的幀傳輸，而幀采用是硬件地址(封裝在MAC 幀中稱為MAC地址)，通過ARP可以將目的主機的IP地址查到對應的硬件地址。

關于計算機在廣域網(wǎng)中的地址，將最簡單的層次結構地址與EUI-48地址進行對比，說明它們的共同點和不同點。

在由IP地址得到網(wǎng)絡號和主機號基礎上，引入單播、廣播、多播。通過上面的介紹，單播就不需要更多說明，主要是廣播和多播。關于廣播，說明IP地址如何表達廣播地址，硬件地址如何表達廣播地址，通過ARP給廣播舉例。關于多播，介紹IP使用D類地址支持多播，以太網(wǎng)多播地址表達方法以及它們的映射關系。關于多播其他內容包括IGMP，因為內容多，應該專門梳理。

在介紹硬件地址和IP地址的基礎上，引入域名和DNS，域名需要說明域名樹型結構，DNS需要說明它的作用、DNS服務器的分布、由域名查找對應的IP地址的過程。從而形成了域名――IP地址――硬件地址系統(tǒng)知識鏈。

3為了提供更好的“服務”費盡心血

3.1理解兩種“連接”服務

計算機網(wǎng)絡從不同層面提供面向連接可靠的服務和無連接不可靠的服務，而且由此產(chǎn)生了很多相關問題，學生不易理解，認為交給目的主機的所有數(shù)據(jù)都應該是正確的和完整的。為了進一步理解這兩種服務的特點，可以先大致介紹文件傳輸、IP電話等工作原理，讓學生明白，有些應用到達目的主機的所有數(shù)據(jù)都必須是正確的和完整的，例如文件傳輸。有些應用(例如IP電話)實時性比可靠性更重要，個別數(shù)據(jù)包丟失或者不正確并不影響它的使用。在這個基礎上進行總結，為了適應不同應用的需要，計算機網(wǎng)絡需要同時提供面向連接服務和無連接服務。然后，從運輸層、網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層分別展開說明。

UDP和TCP是TCP/IP體系運輸層提供的無連接服務和面向連接服務，在應用層，DNS、RIP、DHCP、SNMP、IP電話、流式多媒體通信等都采用UDP服務，而HTTP、FTP、SMTP、TELNET等都采用TCP服務。因為UDP是無連接服務，所以它報文格式首部比較簡單。TCP是面向連接服務，所以它報文格式首部非常復雜。TCP為了實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，傳輸前需要建立連接，連接成功才能進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸結束后需要釋放連接。為了可靠建立連接，需要3次握手。數(shù)據(jù)傳輸時，通過“窗口”協(xié)調雙方的傳輸節(jié)奏，通過檢驗和判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確，通過確認報文通知發(fā)送方已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)情況，等等。傳輸結束，需要雙向釋放連接。通過上面UDP和TCP數(shù)據(jù)傳輸穿插和比較，把許多概念聯(lián)系起來，區(qū)分開來[3]。

TCP/IP體系的網(wǎng)際層提供的是無連接的IP服務。

在數(shù)據(jù)鏈路層，以前非常流行的連續(xù)的ARQ協(xié)議是面向連接的可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，所以，需要包含建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接過程，幀頭部包含序號字段，用于描述當前傳輸?shù)膸木幪柡徒邮辗綄κ盏降膸_認，用FCS字段表達數(shù)據(jù)檢驗，用確認幀告訴發(fā)送方接收的幀是否正確。而當前流行的PPP協(xié)議的幀格式中沒有序號字段，因為它是無連接的傳輸協(xié)議。同樣，以太網(wǎng)也是采用無連接傳輸協(xié)議，所以，以太網(wǎng)V2標準和IEEE的802.3標準的MAC幀格式都很簡單。實際上，無連接的傳輸協(xié)議并不一定就是不可靠的數(shù)據(jù)傳輸，像以太網(wǎng)本身傳輸很少出錯，由于協(xié)議簡單，所以網(wǎng)絡的傳輸效率非常高。

參考文獻：

[1] 張衛(wèi),俞黎陽. 計算機網(wǎng)絡工程[M]. 2版. 北京:清華大學出版社,2009:284-289.

[2] 吳功宜,吳英. 計算機網(wǎng)絡應用技術教程[M]. 3版. 北京:清華大學出版社,2010:210-224.

[3] 謝希仁. 計算機網(wǎng)絡 [M]. 5版. 北京:電子工業(yè)出版社,2008:1-306.

[4] 吳功宜,吳英. 計算機網(wǎng)絡應用技術教程題解與實驗指導[M]. 3版. 北京:清華大學出版社,2009:17-37.

[5] 陳鳴,常強林,岳振軍. 計算機網(wǎng)絡實驗教程:從原理到實踐[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2007:1-417.

[6] 張曾科. 計算機網(wǎng)絡 [M]. 3版. 北京:清華大學出版社,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)

篇10

【關鍵詞】微機原理與接口技術 教學設計

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）32-0054-02

一 教學起點分析

1.教學需要

微機原理與接口技術是我院本科學生必修的一門課程，是研究微機基本工作原理及接口電路設計方法的重要課程，對于培養(yǎng)學生綜合運用軟硬件知識解決實際問題的能力具有重要的意義，能為后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎。

2.學生情況

本課程涉及相應的編程語言，根據(jù)實際情況，要求學生有一定的編程和讀程序的功底，但這部分對學生來說相對較難掌握，雖然在學習本課程之前，學生已經(jīng)學習了大學計算機基礎、C語言程序設計課程，有了一定的計算機操作和編程基礎，但這部分對學生來說還存在底子薄弱、動手能力較低的問題。因此，需要針對實際存在的問題，制定滿足他們學習需求的教學內容。根據(jù)以往的教學經(jīng)驗，雖然學習本門課程存在一定的困難，尤其是在指令系統(tǒng)和匯編語言學習部分，但只要態(tài)度認真，學習目標明確，預期的教學目標還是能夠實現(xiàn)。

3.教學內容

本課程由兩大模塊構成，第一部分主要是介紹微型計算機的各部分構件以及它們的使用方法；第二部分主要介紹了8088/8086的指令系統(tǒng)以及匯編語言的完整結構。

相對來說，第一部分主要是理論知識，而第二部分的學習過程中，實踐性較強。學生的薄弱環(huán)節(jié)在于第二個模塊的學習中，如果積極引導大部分學生，可以保持較高的學習積極性和學習興趣。

二 教學目標

1.總體目標

通過教學與實驗，學生能闡述微型計算機的基本工作原理、匯編語言程序設計的基本方法，設計并上機調試匯編語言程序，概括微機與I/O設備接口電路的工作原理，設計存儲器及I/O設備的接口電路，為進一步學習其他計算機知識和進行硬件開發(fā)奠定基礎。

2.分類目標

知識與技能：（1）解釋微機原理的基本概念。其中包括：數(shù)制及其編碼；微機的基本組成和工作原理；最小/最大模式和系統(tǒng)總線形成的概念。（2）會使用匯編語言編程及上機調試程序，提高學生的實際動手能力。其中包括：尋址方式；指令系統(tǒng)；順序、分支、循環(huán)及子程序結構。（3）設計接口電路。其中包括：CPU與存儲器的連接；接口芯片與微機總線的連接應用及初始化編程。

過程與方法：（1）通過課堂講授、分組討論等教學環(huán)節(jié)，理論聯(lián)系實際，學會具體問題具體分析，提高分析和解決問題的能力。（2）通過對實際需求的分析和討論，設計出可行的解決方案，學會微型計算機系統(tǒng)的電路設計方法和編程方法。（3）通過上機實驗環(huán)節(jié)，學會程序調試的方法，培養(yǎng)學生的實際動手能力。

情感態(tài)度與價值觀：通過本課程的學習，使學生能感受到計算機知識對生產(chǎn)、生活和工程技術的影響；關注計算機硬件發(fā)展的前沿動態(tài)；養(yǎng)成獨立思考、刻苦鉆研、善于質疑的良好習慣以及實事求是的科學態(tài)度。

三 教學內容設計

第一部分：微型計算機基礎知識。進行二進制運算；復述BCD、ASCII碼的編碼方法；闡述CPU寄存器的結構及作用、CPU引腳功能、存儲器分段與物理地址形成；闡述最小/最大模式的概念和系統(tǒng)組建、系統(tǒng)總線形成。

第二部分：8088/8086指令系統(tǒng)及匯編語言程序設計。區(qū)別8088尋址方式；解釋常用8088指令的功能；設計匯編語言程序；上機調試程序。

第三部分：存儲器系統(tǒng)。對存儲器進行分類；設計存儲器的譯碼電路；繪制存儲器電路連接圖。

第四部分：輸入與輸出和中斷技術。說明I/O端口編址方式；對I/O數(shù)據(jù)傳送方式進行分類；利用給定模塊設計I/O接口電路；對I/O電路進行初始化編程。

第五部分：常用外設及多媒體技術。說出鍵盤的基本工作原理；知道LCD、LED的原理。

四 教學策略

在教學中，嚴格按照課程標準的要求進行教學。采用溫故知新的方式，每次在講新課之前復習上節(jié)課內容，每章結束時復習本章重點、難點，詳細解答課后習題中出現(xiàn)的問題。在課程講授過程中，根據(jù)學生的實際情況適當調整教學進度，盡量滿足不同層次學生的學習要求。

將整個教學過程分為課堂講授、上機實習、綜合設計、考核評價等環(huán)節(jié)。根據(jù)教學內容的差異和學生的特點，以理論知識為根本，以實際應用為導向，從典型問題的解決入手，剖析現(xiàn)象，得出結論，指導應用。通過課堂講授使學生重點理解微型計算機系統(tǒng)的基本概念、組成原理、程序及電路設計方法；通過課堂討論，促進教學互動；通過上機實習加深學生對所學知識的理解，培養(yǎng)學生的實際應用能力和創(chuàng)新能力。

五 教學進程設計

根據(jù)課程特點和要求，課程教學由課堂理論教學和機房的講練結合教學兩部分組成。本課程共計70學時，課程內容分為八個部分，根據(jù)每個部分的教學內容和難易程度，具體的教學實施安排見附表。

六 實施建議

1.教材和參考資料

微機原理與接口技術教材要以課程標準規(guī)定的目標為選編指導思想。在滿足課程標準基本要求的前提下，教材內容應盡可能豐富，滿足不同學生的需要。

教材選編建議：適合本科學生的需要；突出實用性、前沿性；充分體現(xiàn)本課程的教學理念。

教材的使用建議：教師要善于結合實際教學需要，靈活地和創(chuàng)造性地使用教材，對教材的內容、編排順序等方面進行適當?shù)娜∩峄蛘{整。

2.考核評價的主要方式

采取理論考試與上機考試相結合的方式進行考核，理論

考試成績占70%，上機考試成績占30%。

3.教學保障條件建議