計算機組成原理中比較學的應用
1 課程教學情況
計算機組成原理是計算機專業(yè)的核心課程之一。課程以馮諾依曼模型為起點，系統(tǒng)講述計算機硬件系統(tǒng)及其功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能特征、工作原理、交互方式和基本設(shè)計方法；同時通過課堂講授，使學生系統(tǒng)地理解計算機硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握計算機硬件系統(tǒng)的基本分析與設(shè)計方法。為進一步學習計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等后續(xù)課程，全面培養(yǎng)計算機軟硬件系統(tǒng)認知、設(shè)計能力奠定良好的基礎(chǔ)，為部分學生以后參加研究生入學計算機科學專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試打下良好的基礎(chǔ)。從這門課程的內(nèi)容特點看，它屬于理論性、技術(shù)性都很強且難度較大的一門專業(yè)課程。因此，必須充分應用先進的教學理念、教學方法，讓學生對這門課感興趣，提高這門課的考試成績。
2 比較教學法
互動百科關(guān)于比較教學法是如此描述的：比較教學法是在教學實踐中，著重體現(xiàn)辨析并確定教學內(nèi)容間異同關(guān)系的思維過程和方法。
其本質(zhì)特征在于比較、對照、對比、參照。即，依據(jù)一定的標準內(nèi)容的或形式的，把彼此之間具有某種聯(lián)系的教學內(nèi)容放在一起，加以對比分析，以確定其異同關(guān)系，認識其本質(zhì)差異。比較教學法的這一特征，限定了運用比較教學法的前提條件：即教學內(nèi)容既有相關(guān)性、相似性，又有相差點、相異點。相同是比較的基礎(chǔ)，相異是比較的結(jié)果。
比較教學法的運用，有助于培養(yǎng)學生獨立思考的學習能力；有助于培養(yǎng)學生舉一反三，觸類旁通的推理能力；有助于培養(yǎng)學生從事物表面現(xiàn)象找出本質(zhì)差異的分析能力。
3 比較教學法在課程教學中的具體應用
比較教學法在課程教學中的具體應用，主要體現(xiàn)在以下五個部分的內(nèi)容中。
3.1 計算機系統(tǒng)概論
1）數(shù)字計算機與模擬計算機。比較其數(shù)據(jù)表示方式、計算方式、控制方式、精度、數(shù)據(jù)存儲量、邏輯判斷能力。
2）計算機發(fā)展經(jīng)歷的五代之間的比較。比較其時間、主要元器件、運算速度、體積、成本。
3）Intel微處理器演化過程中各型號之間的'比較。比較其發(fā)布時間、時鐘頻率、總線寬度、晶體管數(shù)、特征尺寸、尋址空間。
4）指令字與數(shù)據(jù)字。比較其CPU周期、流向。
5）機器語言、匯編語言、算法語言之間的比較。從機器是否可以直接識別執(zhí)行、執(zhí)行效率、編寫程序的難度大小、是否容易出錯、是否依賴于計算機硬件、程序的可讀性、可移植性、是否易于為人們接受掌握和書寫等方面進行比較教學。
3.2 運算方法和運算器
1）定點格式與浮點格式。比較其容許數(shù)值范圍的大小、處理硬件復雜程度。
2）原碼、反碼、補碼、移碼。比較其定義、符號位、數(shù)值位、轉(zhuǎn)換規(guī)則。
3）檢測是否溢出的雙符號位法與單符號位法。比較其正溢、負溢、溢出邏輯表達式。
4）恢復余數(shù)法與加減交替法。比較其運算步驟、是否恢復余數(shù)、步數(shù)是否固定、控制復雜程度。
5）單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)運算器。比較其數(shù)據(jù)傳送的方便性、操作速度快慢、控制電路復雜程度。
6）浮點加減運算與浮點乘除運算。比較其0操作數(shù)檢查、階碼運算、尾數(shù)操作、結(jié)果規(guī)格化、舍入處理。
3.3 多層次的存儲器
1）RAM、只讀ROM、可編程PROM、光擦除EPROM、電擦除EEPROM、閃速存儲器。比較其種類、可擦除性、寫機制、易失性。
2）寄存器、Cache、主存儲器、外存儲器。比較其容量、速度、成本。
3）集中式刷新與分散式刷新。從所有行的刷新是否集中在一起進行比較教學。
4）地址映射全相聯(lián)方式、直接方式、組相聯(lián)方式。比較其映射方式、優(yōu)點、缺點、適用場合。
5）替換策略FIFO算法、LFU算法、LRU算法。從是否符合Cache工作原理、命中率高低、硬件實現(xiàn)等方面進行比較教學。
3.4 指令系統(tǒng)
1）高級語言與低級語言。對程序員的訓練要求、對機器獨立的程度、編制程序的難易程度、編制程序所需時間、程序執(zhí)行時間、編譯過程中對計算機資源的要求等方面進行比較教學。
2）CISC與RISC。從指令條數(shù)多少、指令長度是否固定、指令格式種類多少、指令尋址方式、訪問存儲器指令多少等方面進行比較教學。
3.5 中央處理器
1）機器指令與微指令。從機器指令的操作劃分成若干條微指令來完成、是和內(nèi)存儲器有關(guān)還是和控制存儲器有關(guān)、指令周期等方面進行比較教學。
2）水平型微指令與垂直型微指令。比較其并行操作能力強弱、效率高低、靈活性強弱、速度快慢、是否容掌握。
3）微程序控制器與硬連線控制器。從微操作控制信號的形成、調(diào)試更改及擴充指令是否方便、實現(xiàn)方式、速度快慢等方面進行比較教學。
在課程教學中應用比較教學法，可以使學生更容易理解和牢固掌握教學內(nèi)容，可以活躍課堂氣氛，引導學生主動地學習，培養(yǎng)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生分析問題和解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
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