中职计算机硬件教学系统性与实践性

摘 要：针对目前中职学校计算机教学存在的问题,并且从计算机硬件教学的理论体系出发,结合课程设计和实验室建设方面的技巧,分析当前问题的解决路径,并由此提出自己的方案,对课程设计和硬件实验室的构建给予分析.

关 键 词：中职计算机硬件教学系统性实践性

一、当前中职学校计算机硬件教学存在的问题

中职学校计算机原理与数字电路课程作为计算机课程的重要组成部分,对于学生素质的培养是至关重要的.但是从当前的教学课程设置来看,对于这个部分的关注度显然是不够的,特别是硬件相关课程是难点,其大概的原因不外乎以下三点.

1.计算机硬件的技术和设备水平发展异常迅速,导致当前的课程和教材及实验设施都无法跟上其速度.处理器的技术、存贮的技术及网络的发展都是迅速而日新月异的.因而这种快速的发展便造成了期间的关联程度降低.

2.计算机的体系结构体现强系统性,但是相关教学活动却没有与之对应,缺乏足够的实践性和操作性.目前,中职学校的计算机硬件课程大多是以课程大纲要求为标准,而不是以计算机的整个体系结构为主线,因而这种现象亟待改革.

3.计算机科学的教育所针对的对象是需要具备软件和硬件的设计能力的学生,对于软件的掌握,是较容易实现的,但是对于硬件的掌握则是较难的,因而在教学中这个部分的效果很差.并且当前的实验设备大多是由实验箱组成,无法体现出硬件的设计思想.因而对于计算机硬件的充分学习,对于其原理进行掌握,并且结合计算机的硬件技术的发展,学习计算机技术的系统性和实践性,是我们需要着重突破的问题.

二、计算机硬件教学的系统性与实践性

1.推动科学的教材体系建设.当前情况来看,计算机及应用专业的硬件课程面临两个问题.一方面是教材的内容划分混乱,内容严重重复,形成学生重叠学习的情况,一个简单的例子在于微型计算机基本原理的内容几乎频繁出现.另一方面,教材的内容的逻辑性的依据在于依照计算机科学的逻辑来发展,但是没有依照计算机的硬件技术的系统性.应当依据发展的观点分析整个计算机的硬件体系.在计算机的技术发展的阶段里,其计算机的原理和工作过程是变化较小的,但是其硬件设置的性能有巨大变化.一方面是电子元件性能的发展,所谓计算机的发展阶段就是依照电子元件的发展阶段来区分的.另一方面的性能就在于,流水线及各种处理系统的不断完善和完备.计算机的指令系统是计算机硬件技术中不变性,所以其变化性比较微小.

从前文的分析可以知道,有必要按照这个逻辑重新进行计算机硬件课程体系的设置,将课程的开展分为三个层次,前两个层次以基本原理的教学为主,到第三个层次则体现对计算机计算的发展.具体操作来看,可以这样理解：（1）数字逻辑,对于数字逻辑的理解,应当更加突出对于电路设计逻辑的讲解而不是当前的重点关注器件的理解.除了之前的教学内容里有关数字电路的内容之外,还应当增加对于EDA的理解.（2）计算机的基本原理和编程语言的理解.基本原理的内容本身是作为一个先导性的内容,因而其内容的设置以语言的需要为依据,不要过于冗杂,否则便会丧失其简洁性.（3）计算机系统的组成与运作原理.计算机的硬件管理课程主要包括对于计算机的组成部分,比如各个硬件设施的原理,更要突出强调系统的设计.（4）微机的接口和外设,从应用层面,可以给予扩展,并在安排教学计划的时候,可以预留相关的课时.（5）高性能的计算机系统结构.这个部分与计算机的组成与设计是一脉相承的,主要在于计算机的基本组成在性能上的提升,与计算机技术发展的前沿紧密相关,因而要体现在课程教学上.

2.注重课程的内容设计,追求连续性.对计算机的硬件和软件进行设计,是计算机专业的学生所必须具备的能力,中职学校较注重对软件的设计能力的培养,在学校的课程当中较多涉及此部分内容.但是对于硬件部分的教学却显得较为稀少,因而在课程设计部分的改进路径在于,加强对硬件教学的发挥,使得学生真正理解计算机的结构的系统性,并保证相关的设计能力.在教学过程中要较多地针对能力的培养,教导学生对于关键因素的关注,比如时序、频率、干扰等.

根据传统的数字电路一般都是根据集成电路进行装联的,但是根据布线和连线等问题的影响,对于其效果也是千差万别.但是不断发展的EDA实际上解决了上述问题.因而在课程的设计上要适当地加入EDA的内容,特别是ISP的技术大大提高了设计效率.另外,还要传授学生明白软件编程与硬件编程之间的相通之处.所以课程的内容不仅要包括对于单一的软件或者硬件的知识的传授,还要包括软件和硬件互相转化的机制.很多硬件的功能可以通过软件的发展给予替代.因而对于指令和语言及相关的传输系统的设计就显得尤其重要.良好的系统不仅会使得设计的效率大幅度提高,更会使得整个计算机的硬件和软件及辅助系统体现更多的系统性.高度的系统性和实践性正是高性能计算机的固定追求.合理的课程和教学会大大增强学生的创造能力.

三、根据计算机硬件的系统性构建硬件实验室

出于对于计算机硬件的实践性的追求,硬件实验室是必不可少的.这是计算机硬件教学的实践性和系统性的要求.对于计算机硬件实验室的建设来说,首先要考虑的因素在于对于计算机硬件技术的基本原理的不变形,其系统性及技术的渐变发展特性这些因素,与此同时,要兼顾相关的软件程序的配套性.实验室从核心到,从简单到复杂,从单机到多机要同时构建,并且辅助以配套的指令程序系统、微程序及驱动程序的设计.具体而言包括如下几个方面：（1）运算器、微程序控制器、寄存器及指令系统的设计等构造CPU.（2）存储器和相应的数据、地址及控制总线的设计等构造存储系统.（3）外设、接口、中断、DMA及相应的接口驱动程序的设计等构造I/O系统.上述部分是计算机系统的基本组成,后面部分是从指令系统和体系结构等方面提高计算机的整体性,为计算机硬件技术的发展留下扩展的空间.在实验室,学生一方面要完成硬件课程所要求的验证性实验及设计性的课题,另一方面要使学生理解计算机硬件的系统性及性能提升的方法,理解计算机系统的进化史.

四、结语

所谓计算机硬件结构的系统性在于计算机技术发展的基础性资源,对于计算机的硬件教学来讲,要调整思想,坚持对系统性和实践性的追求,不但要使得学生掌握好计算机硬件的基本原理,而且要学会计算机的设计理念.要让学生主动探索计算机技术的发展和研究方法,启发创造性思维并产生良好产品.